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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TITULO DE INGENIERO CIVIL
Bio-depuración y reutilización del agua con tecnologías alternativas de bajo coste en el sector rural zonas semiáridas.
TRABAJO DE TITULACIÓN.
AUTOR: Sarango Chamba, Paúl Fernando DIRECTOR: Pineda Puglla, Edgar Iván. MSc.
LOJA - ECUADOR
2017
Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
Septiembre, 2017
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
MSc.
Edgar Iván Pineda Puglla.
DOCENTE DE LA TITULACIÓN.
De mi consideración:
El presente trabajo de titulación: Bio-depuración y reutilización del agua con tecnologías
alternativas de bajo coste en el sector rural zonas semiáridas. Realizado por: Sarango
Chamba Paúl Fernando; ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se
aprueba la presentación del mismo.
Loja, mayo de 2017
f)…………………………………………
iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
“Yo Sarango Chamba Paúl Fernando, declaro ser autor (a) del presente trabajo de titulación:
Bio-depuración y reutilización del agua con tecnologías alternativas de bajo coste en el
sector rural zonas semiáridas, de la Titulación de Ingeniería Civil, siendo el MSc. Edgar Iván
Pineda Puglla director (a) del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad
Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones
legales. Además certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en
el presente trabajo investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico
de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice:
“Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones,
trabajos científicos o técnicos y tesis de grado o trabajos de titulación que se realicen con el
apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f)..............................................................
Sarango Chamba Paúl Fernando
Ci: 1104312978
iv
DEDICATORIA
Para triunfar en la vida lo importante es llegar a cumplir los objetivos planteados, más no el
llegar primero, y es por eso que al culminar el presente trabajo de Fin de Titulación con gratitud
y amor dedico a:
Mis padres, Maricarmen Chamba Añazco y Alfredo Sarango Hidalgo (+), por ser el pilar
fundamental de mi formación; gracias por su cariño, comprensión y sacrificio han hecho
posible la culminación de esta etapa de mi vida. Hoy retribuyo parte de su esfuerzo con este
logro que no es mío sino de ustedes, por lo cual viviré eternamente agradecido.
Mi esposa, Ligia Elizabeth; por acompañarme y apoyarme en las buenas y en las malas
y poder compartir la alegría e inocencia de nuestros hijos Paul Sebastián y Valentina Anahí
que con sus ocurrencias son la fuerza que me impulsan a seguir siempre para adelante.
Mis hermanos, Alexander Rafael y Dayana Michelle, por esa lucha incansable de
siempre apoyarme, por el tiempo que nunca podre devolverles pero si agradecerles.
Mis abuelitos, Alfonso Chamba y Julia Añazco (+); Víctor Sarango y Luz Hidalgo (+),
dedico mi esfuerzo en su memoria y por su ejemplo de lucha, sencillez y perseverancia.
Mis tíos, Augusto, Neri, Fredi (+), Mónica, Lorena Chamba Añazco; Lucia, Mercedes,
Dolores, Margot, Antonio Sarango Hidalgo; por su paciencia y sabios consejos para poder
sobresalir en la adversidad.
Mis primos, amigos y demás familia en general por el apoyo incondicional que me
brindaron en el transcurso de mi carrera Universitaria.
Paúl Fernando.
v
AGRADECIMIENTO
A mis padres Alfredo Sarango Hidalgo (+) y Maricarmen Chamba Añazco por su amor y apoyo
incondicional en cada etapa de mi vida.
De manera especial al MSc. Edgar Iván Pineda Puglla, director de mi trabajo de fin de
titulación por haberme brindado la apertura de trabajar con él; ya que con su conocimiento,
dedicación y empeño se desarrolló de manera oportuna cada uno de las etapas del proyecto.
A la Universidad Técnica Particular de Loja, Titulación de Ingeniería Civil, a la planta de
docentes que fueron parte de mi formación académica.
Paúl Fernando.
vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN ....................................... ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS .................................................. iii
DEDICATORIA ..................................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTO .............................................................................................................. v
ÍNDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................... vi
RESUMEN ............................................................................................................................. 1
ABSTRACT ........................................................................................................................... 2
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 3
CAPÍTULO I ........................................................................................................................... 6
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 6
1.1. Fuentes de aguas residuales …………………………………………………………….7
1.1.1. Aguas negras domiciliares. ............................................................................... 7
1.1.2. Aguas grises domiciliares. ................................................................................ 7
1.2. Caracterización de las aguas residuales………………………………………………...8
1.2.1. Contaminantes presentes en el agua residual. ................................................. 9
1.2.2. Características físicas. ...................................................................................... 9
1.2.3. Características químicas................................................................................... 9
1.2.4. Características bacteriológicas. ........................................................................ 9
1.2.5. Características típicas. ................................................................................... 10
1.3. Microorganismos presentes en el agua residual………………………………………10
1.3.1. Enfermedades transmitidas a través del agua residual ................................... 10
1.3.2. Posibles vías de infección. .............................................................................. 11
1.3.3. Medidas de precaución. .................................................................................. 11
1.4. Depuración de aguas residuales………………………………………………………..11
1.4.1. Métodos de depuración. ................................................................................. 12
1.4.2. Volumen de aguas residuales en el sector rural. ............................................ 12
1.4.3. Depuración de aguas a nivel domiciliario ........................................................ 13
vii
1.5. Depuración de aguas negras.…………………………………………………………...13
1.5.1. Biodigestor semi-continuo. .............................................................................. 13
1.5.2. Tanque séptico sedimentador. ........................................................................ 14
1.5.3. Cámara de evapotranspiración. ...................................................................... 14
1.6. Depuración de aguas grises.…………………………………………………………….15
1.6.1. Trampa de grasas........................................................................................... 15
1.6.2. Tanque séptico sedimentador. ........................................................................ 15
1.6.3. Biofiltro descendente. ..................................................................................... 15
1.6.4. Tanque de almacenamiento. .......................................................................... 18
1.7. Disposición final de aguas negras y aguas grises domiciliares……………………...19
1.7.1. Usos urbanos. ................................................................................................ 19
1.7.2. Usos agrícolas. ............................................................................................... 19
1.7.3. Restauración ambiental y usos recreacionales. .............................................. 19
1.7.4. Usos industriales y mineros. ........................................................................... 20
CAPÍTULO II ........................................................................................................................ 21
ÁREA DE ESTUDIO ............................................................................................................ 21
2.1. Aspectos sociales de la parroquia Limones.…………………………………………..22
2.2. Ubicación y vías de acceso.……………………………………………………………..22
2.3. Clima.………………………………………………………………………………………23
2.4. Principales rasgos geomorfológicos.……………………………………………………23
CAPÍTULO III ....................................................................................................................... 24
METODOLOGÍA .................................................................................................................. 24
3.1. Procesos constructivos…………………………………………………………………...25
3.1.1. Selección de los beneficiarios. ........................................................................ 25
3.1.2. Vivienda. ......................................................................................................... 25
3.2. Distribución de la red.…………………………………………………………………….26
3.2.1. Captación. ...................................................................................................... 26
3.2.2. Tanque de almacenamiento. .......................................................................... 27
3.3. Tanque elevado…………………………………………………………………………...27
viii
3.3.1. Sistema constructivo. ...................................................................................... 27
3.4. Mesón lavavajillas…………………………………………………………………………28
3.4.1. Sistema constructivo. ...................................................................................... 28
3.5. Unidad sanitaria (inodoro, ducha y lavandería)………………………………………..28
3.5.1. Descripción y diseño. ...................................................................................... 29
3.5.2. Sistema constructivo. ...................................................................................... 29
3.6. Depuración de aguas negras……………………………………………………………29
3.6.1. Descripción y diseño. ...................................................................................... 29
3.6.2. Sistema constructivo. ...................................................................................... 30
3.7. Depuración de aguas grises……………………………………………………………..31
3.7.1. Descripción y diseño. ...................................................................................... 31
3.7.2. Sistema constructivo. ...................................................................................... 32
3.8. Análisis costo beneficio…………………………………………………………………..32
CAPÍTULO IV ...................................................................................................................... 34
ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 34
4.1. Resultados de las tuberías de la red.…………………………………………………..35
4.2. Resultados de los nudos de la red.……………………………………………………..36
4.3. Separación de aguas residuales.……………………………………………………….36
4.4. Depuración de aguas negras……………………………………………………………37
4.5. Depuración de aguas grises…………………………………………………………….40
4.7. Análisis económico del proyecto………………………………………………………..42
4.7.1. Análisis costo beneficio. ................................................................................. 42
4.7.2. Valor actual neto económico (VANE) del proyecto ......................................... 43
4.7.3. Ratio costo beneficio (RCB) del proyecto ....................................................... 43
CONCLUSIONES ................................................................................................................ 44
RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 45
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 46
ANEXOS .............................................................................................................................. 51
ANEXO 1. Presupuestos. ............................................................................................. 52
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Características del agua residual. ............................................................................ 8
Tabla 2. Análisis típico de agua residual. ............................................................................. 10
Tabla 3. Condiciones ambientales en fase anaeróbica. ....................................................... 14
Tabla 4. Resultados del diseño del biodigestor semi-continuo. ............................................ 37
Tabla 5. Resultados del tanque séptico sedimentador. ........................................................ 37
Tabla 6. Resultado de la trampa de grasas. ......................................................................... 40
Tabla 7. Resultados del tanque séptico sedimentador. ........................................................ 40
1
RESUMEN
Debido a la complejidad de operación y a los altos costos de inversión y mantenimiento de los
sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales, han limitado la aplicación de
estos en las zonas rurales. Sin embargo, la reutilización del agua residual se ha convertido en
una necesidad de las comunidades en general.
El proceso de bio-depuración se ha desarrollado con el fin de resolver esta problemática y
satisfacer la necesidad de saneamiento básico de este importante sector. Este proceso se
basa en la capacidad que tienen las cerámicas de fijar sustancias contaminantes para
favorecer la formación de microorganismos como: bacterias, protozoarios, helmintos, virus y
hongos capaces de biodegradar los contaminantes retenidos
El objetivo del trabajo es construir un módulo sanitario y un sistema descentralizado de bio-
depuración instalado en campo, en el barrio Zapotes, parroquia Limones, cantón Zapotillo,
para la depuración de aguas negras y reutilización de aguas grises. El sistema será
monitoreado en la segunda fase del proyecto por estudiantes en su trabajo de titulación.
Palabras claves: Bio-depuración, agua residual, sistema descentralizado, reutilización.
2
ABSTRACT
Due to the complexity of operation and the high investment and maintenance costs of
conventional wastewater treatment systems, they have limited the application of these in rural
areas. However, wastewater reuse has become a necessity for communities in general.
The bio-purification process has been developed in order to solve this problem and satisfy the
need for basic sanitation of this important sector. This process is based on the ability of the
ceramics to fix pollutants to favor the formation of microorganisms such as bacteria, protozoa,
helminths, viruses and fungi capable of biodegrading retained contaminants
The objective of the work is to build a sanitary module and a decentralized bio-purification
system installed in the field, in the Zapotes neighborhood, in the Limones parish, Zapotillo
canton, for the purification of sewage and reuse of gray water. The system will be monitored
in the second phase of the project by students in their degree work.
Key words: Bio-purification, waste water, decentralized system, reuse.
3
INTRODUCCIÓN
El agua es el elemento más importante para la vida del ser humano (Vargas, 2004), pero del
100% del agua en el mundo únicamente el 1% se la puede aprovechar previo un tratamiento
(Jumapam, 2016).
Las fuentes de agua utilizadas con fines de consumo humano son de origen superficial y/o
subterráneo. Estas pueden ser afectadas por vertidos domésticos e industriales debido a que
se usan como destino final de descargas (Vargas, 2004), por lo que “a lo largo del tiempo, el
hombre ha desarrollado diferentes métodos para tratar aguas residuales” (Muñoz Couto,
2009, pág. 6).
Sin embargo, en las zonas rurales de Ecuador, según el Censo de Población y Vivienda 2010
(CPV), existe un 1.72% de hogares con desabastecimiento de agua y un 7.95 % con carencia
de alcantarillado, lo que motiva al desarrollo y aplicación de tecnologias alternativas de bajo
costo que permitan disminuir o erradicar este problema.
En el cantón Zapotillo, provincia de Loja, no se cuenta con servicios básicos de alcantarillado
y agua potable en todo el territorio. Las aguas residuales domésticas que se generan van a
los cuerpos de agua como ríos y pozos de infiltración sin depuración alguna, afectando a los
acuíferos ya que son un foco de contaminación latente (Muñoz Couto, 2009).
Además, los sectores aislados tienen dificultades técnicas, económicas y sociales debido a
su ubicación geográfica y condición topográfica donde las tecnologías convencionales exigen
una fuerte inversión y personal técnico para su operación y mantenimiento (Garzón-Zúñiga,
Buelna, & Moeller-Chávez, 2012) por lo que se propone un sistema descentralizado para la
depuración y reutilización de aguas grises. Con la depuración que se implementa, el efluente
es apto para ser derivado al ambiente (Muñoz Couto, 2009).
En la parroquia Limones el 72.80% de las viviendas cuenta con energía eléctrica proveniente
de la red pública, el 0.50% tiene generador, el 24.43% carece de este servicio y el 2.27% no
está definido CPV (2010). Este último responde a una población muy dispersa.
Los proyectos de vivienda sin regulación y control técnico en la zona rural han originado el
desabastecimiento de servicios básicos como agua potable y alcantarillado (Sánchez
Macancela, 2015), siendo un riesgo latente para sus habitantes, en particular los niños que
son propensos a enfermedades transmitidas por el agua como: Cólera, Fiebre tifoidea,
4
Hepatitis A, Infecciones por salmonella y otras intoxicaciones producidas por Escherichia Coli
(MSP, 2013).
Según los registros históricos de la provincia de Loja en cuanto a pluviosidad, así por ejemplo
tenemos que en verano escasea el agua, siendo uno de los afectados el cantón Zapotillo; por
su ubicación geográfica, su clima subtropical y su temperatura que oscila entre 25 °C y 30 °C
(GADM-Z, 2016). Durante esta época los ríos y vertientes disminuyen considerablemente el
caudal y en ocasiones llegan a secarse por completo (Quezada Ríos, 2015) lo que impide la
dotación de agua.
Debido a la dispersión de las viviendas y la topografía del sector se hace necesario construir
sistemas descentralizados con la utilización de tecnologías alternativas como una solución a
los problemas de dotación de agua y alcantarillado, según Quezada Ríos (2015) “ a través de
captación, tanque de almacenamiento, tanque elevado, módulo sanitario, depuración de
aguas negras y aguas grises” (pág.5).
Tanto las organizaciones nacionales como las internacionales consideran que se debe
trabajar para garantizar que el agua de consumo sea pura. Debido a que si hay abastecimiento
inseguro de agua e inadecuado saneamiento e higiene provoca enfermedades diarreicas que
afectan principalmente a los niños, lactantes y ancianos (OMS, 2016).
La excreción en las áreas rurales es gobernada por patrones sociológicos de la comunidad
en particular, por lo que en cualquier programa de saneamiento hay que analizar la posible
aceptación de otras alternativas para la eliminación de excretas (Tebbutt, 2001).
El objetivo general es construir un sistema de bio-depuración y reutilización del agua en el
sector rural cálido seco y los objetivos específicos:
Establecer la tecnología a ser aplicada en el sector.
Diseñar los sistemas seleccionados.
Construir los módulos en el sector.
Evaluar su funcionalidad y evolución en el tiempo.
Se pretende con esta implementación del sistema mejorar la calidad de vida de los
beneficiarios a través de la construcción de sistemas alternativos de saneamiento, eliminando
5
así los focos de infección, disminuir la compra de agua al tanquero que representa ahorros
económicos al núcleo familiar.
El mayor volumen de aguas residuales o servidas provienen de: inodoro, lavandería,
fregadero de vajilla y lavabo. Por falta de alcantarillado su evacuación incrementa el volumen
de aguas contaminantes que se ponen en contacto con efluentes superficiales y subterráneos.
El proyecto pretende separar las aguas conocidas como grises y luego de una bio-depuración
reutilizarla para diferentes fines en el hogar, principalmente en el riego. El propósito es bajar
el volumen de consumo de agua tratada para actividades hogareñas, y más bien con un
tratamiento primario ser utilizada con seguridad. Para lograr esto, se utiliza materiales
alternativos de filtración tales como: granulares, porosos que facilitan la bio-digestión de
nutrientes y reducen la carga orgánica y microbiológica presente en el agua.
Para la ejecución efectiva del proyecto se sigue la siguiente metodología:
Una visita de campo y con la socialización evaluar y recoger información que permita
conocer las potencialidades y debilidades de la zona de estudio.
Selección del método o tecnología apropiada.
Diseño que se adapte a las condiciones climáticas, sociales, económicas y culturales
de la población.
Construcción se lo desarrolla en el taller de hidráulica UTPL, esto en un cierto
porcentaje y el complemento se lo trabaja en campo, para su puesta en marcha.
Evaluación del funcionamiento en el tiempo para corregir y modificar ciertos
inconvenientes que se presenten in situ.
La Universidad Técnica Particular de Loja (UTPL) dentro de sus objetivos institucionales tiene
apoyar a sus docentes y alumnos para la ejecución de proyectos de vinculación con la
comunidad. Por lo tanto, esta investigación beneficia a las familias seleccionadas y
comunidad, además se obtiene datos en campo sobre la tecnología objeto del estudio.
6
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
7
1.1. Fuentes de aguas residuales
La relación existente entre las enfermedades de origen hídrico con la presencia de
excremento humano en el ambiente es frecuente, por lo que en contexto de salud se puede
argumentar que la eliminación sanitaria del excremento es más importante que el suministro
de agua segura (Tebbutt, 2001).
De acuerdo con Chávez Segovia (2014) las aguas producidas por actividades diarias del ser
humano dan origen a las aguas residuales y estas pueden ser:
Aguas domésticas o urbanas: son el producto de las actividades en viviendas,
edificios comerciales e institucionales. Se clasifican en aguas negras y aguas grises.
Aguas residuales industriales: son el producto de las descargas de industrias de
manufactura.
Aguas de uso agrícola: se generan del lavado de áreas para la crianza de animales
y de aguas usadas para el riego; estas contienen fertilizantes, pesticidas y materia
orgánica.
1.1.1. Aguas negras domiciliares.
Se denomina aguas negras a las que se encuentran contaminadas con material fecal y orina,
de seres humanos y su nombre se debe a la coloración negra que presenta (Definición ABC,
2016). Se originan principalmente en el inodoro, compuestas por solidos suspendidos, solidos
disueltos y coliformes fecales; con la característica que se encuentran microorganismos que
son de mucha importancia en la degradación y descomposición de la carga orgánica (Duque
Molina & Vergara, 2010).
Según Silva Salazar (2015) “existen cinco clases de microorganismos capaces de infectar al
ser humano: bacterias, protozoarios, helmintos, virus y hongos. Algunos de estos completan
su ciclo vital al pasar a través de un portador acuatico” (pág.6). Gran parte de las especies
son inofensivos para el hombre; pero ciertos microorganismos causan enfermedades por lo
que su presencia representan un problema de salud (Tebbutt, 2001).
1.1.2. Aguas grises domiciliares.
Provienen del uso diario con finalidades de limpieza como: higiene corporal, utensilios de
cocina, lavado de ropa, lavamanos y otros usos domésticos (Sánchez Macancela, 2015),
8
donde “encontramos sólidos suspendidos y sólidos disueltos (orgánicos e inorgánicos) tales
como grasas, aceites y detergentes” (Duque Molina & Vergara, 2010, pág. 5).
Están poco contaminadas por lo que con un sencillo tratamiento se pueden reutilizar, además
es importante señalar que si se encuentran retenidas sin oxigenar, en corto tiempo pueden
transformarse en aguas negras (Toalongo Reyes, 2012). Sin embargo, las aguas grises no
contienen excretas.
1.2. Caracterización de las aguas residuales
Para criterios de este trabajo las aguas negras y grises oscuras se disponen a la fosa de
evapotranspiración siendo las aguas grises claras objeto del estudio. De una muestra en
particular analizada por peso (litros), el 99.9 % es agua pura y solo el 0.1 % son sólidos
suspendidos, coloidales y disueltos (Tebbutt, 2001) lo que representa un gran problema en el
tratamiento y su disposición siendo, el agua, un medio de transporte de los sólidos (Toalongo
Reyes, 2012).
Para obtener la naturaleza de una muestra en particular se debe cuantificar sus características
físicas, químicas y biológicas (Tebbutt, 2001), pero se debe tener en cuenta que cada muestra
es única (Toalongo Reyes, 2012) y no se investigan todas las características; según Tebbutt
(2001) los parámetros más importantes se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Características del agua residual.
Característica Agua residual
cruda Efluente de
agua residual
pH x x Temperatura x Solidos sedimentables x solidos suspendidos x x Alcalinidad x x Acidez x x DBO x x VP, DQO o COT x x Nitrógeno orgánico x x Nitrógeno amoniacal x x Nitrógeno de nitritos x x Nitrógeno de nitratos x x Fosfatos x x Detergente sintético x x
Fuente: Fundamentos de control de la calidad del agua. Tebbutt, (2001) Elaboración: El autor
9
1.2.1. Contaminantes presentes en el agua residual.
Según Tebbutt (2001), los contaminantes pueden estar presentes como :
Sólidos en suspensión, flotantes o grandes: papel, trapos, arenas.
Sólidos suspendidos pequeños y coloidales: moléculas orgánicas grandes, partículas
de suelo, microorganismos.
Sólidos disueltos: compuestos orgánicos, sales inorgánicas.
Gases disueltos: sulfuro de hidrógeno.
Líquidos no mezclables: grasas y aceites.
1.2.2. Características físicas.
Las características físicas son fáciles de medir u observar, porque son detectables por
nuestros sentidos (vista, olfato, etc.) (Vargas, 2004) y sirven de indicadores del nivel de
contaminación (Toalongo Reyes, 2012). Las más importantes son: temperatura, sabor, olor,
color, turbidez, solidos disueltos totales y sólidos en suspensión (Tebbutt, 2001).
1.2.3. Características químicas.
Las características químicas tienden a ser más específicas en su naturaleza por lo que son
más útiles en la evaluación de una muestra (Tebbutt, 2001). Se mide la presencia de
sustancias orgánicas e inorgánicas (Toalongo Reyes, 2012) mediante un solvente universal
que puede admitir cualquier sustancia química (Vargas, 2004) que aumenta el grado de
contaminación. Tebbutt (2001) describe las más importantes como: pH, potencial de óxido-
reducción, alcalinidad, acidez, dureza, oxígeno disuelto, demanda de oxígeno, nitrógeno y
cloruro.
1.2.4. Características bacteriológicas.
Diversos organismos contaminan el agua, de los cuales las bacterias son uno de los
principales contaminantes (Potablewater, 2006). El análisis bacteriológico es el parámetro de
calidad más sensible (Tebbutt, 2001) tomando como indicadores para determinar la calidad
del agua a los Coliformes totales y la bacteria Escherichia Coli según Vargas (citado por
Hurtado, 2016). A pesar que se le ha dado un tratamiento a las aguas residuales, estas todavía
contienen gran cantidad de microorganismos (Tebbutt, 2001).
10
1.2.5. Características típicas.
Como las aguas residuales varían mucho entre una muestra y otra no es posible dar a detalle
lo que se puede llamar sus características normales. Sin embargo Tebbutt (2001) nos muestra
una guía de análisis de agua residual.
Tabla 2. Análisis típico de agua residual.
Característica mg/L
Fuente
Cruda Sedimentada Efluente final
DBO 300 175 20 DQO 700 400 90 COT 200 90 30 SS 400 200 30 N.amoniacal 40 40 5 NO3-N < 1 < 1 20 Fuente: Fundamentos de control de la calidad del agua. Tebbutt, (2001)
Elaboración: Original
1.3. Microorganismos presentes en el agua residual
Las aguas residuales contienen un alto contenido de organismos vivos donde la mayoría no
pueden ser visibles por el ojo humano, excepto bajo el microscopio, siendo muy importantes
para la degradación y descomposición de la carga orgánica y con esto contribuyen al
tratamiento de estas aguas (Duque Molina & Vergara, 2010).
1.3.1. Enfermedades transmitidas a través del agua residual
Gran parte de las enfermedades son de origen intestinal (UDEA, 2003) ya que existen
organismos patógenos que pueden transmitir enfermedades contagiosas (Toalongo Reyes,
2012) asociado con la contaminación del agua por heces humanas o excrementos de
animales (Lozano-Rivas & Lozano Bravo, 2015).
Según Silva Salazar (2015) estas enfermedades son:
Fiebre tifoidea
Cólera
Disentería bacilar (Shigelosis)
11
Amebiasis (producida por protozoarios)
Hepatitis infecciosa (por virus)
1.3.2. Posibles vías de infección.
Los organismos pueden sobrevivir por varios días en el agua pero son incapaces de crecer y
los organismos capaces de formar esporas o quistes son más resistentes y pueden vivir por
un largo tiempo (UDEA, 2003).
No existen registros de efectos graves por la reutilización de aguas grises, el riesgo es
asociado cuando se utilizan en terrenos y jardines, también por prácticas poco higiénicas
(SCA, 2008) donde las vías de infección son generadas por ingesta de agua contaminada
producto de extracción de acuíferos, consumo de frutas y verduras crudas regadas con aguas
grises, contacto directo (absorción de la piel), contacto con medios de tratamiento (filtros y
suelo contaminado), transmisión por medio de mascotas (Franco Alvarado, 2007). Por la gran
demanda de recursos hídricos es probable que aumente las infecciones (UDEA, 2003).
1.3.3. Medidas de precaución.
La mayoría de las enfermedades transmitidas por el agua se pueden prevenir con algunas
precauciones, según la SCA (2008) debemos:
Hervir o clorar toda el agua.
Usar agua potable para la preparación de alimentos y para beber.
Usar jabón y ceniza para lavarse las manos antes de preparar los alimentos.
Guardar el agua en recipientes limpios.
Nunca comer pescados y mariscos crudos.
Lavarse bien las manos con jabón después de usar el inodoro y cambiar pañales del
bebe.
1.4. Depuración de aguas residuales
Es evidente que las aguas residuales tienen composiciones complejas que se necesita
modificar para un uso en particular, por lo que se requiere distintos procesos para tratar los
contaminantes presentes (Tebbutt, 2001) y así evitar problemas de salud pública, mejorando
12
el aspecto natural del paisaje brindando bienestar a la población, aprovechando el uso
recreativo del ambiente (Chávez Segovia, 2014).
1.4.1. Métodos de depuración.
Se define como una serie de procesos “físicos: cribado, sedimentación, filtrado, transferencia
de gases; químicos: coagulación, precipitación, intercambio iónico y biológicos: aerobios
incluyen filtrado biológico y lodos activados, oxidación anaerobia se utiliza para la
estabilización de lodos orgánicos y desechos orgánicos de alta concentración” (Tebbutt, 2001,
pág. 106), donde es necesario utilizar la combinación de diferentes tratamientos con el
propósito de eliminar los contaminantes del agua para su disposición final en los diferentes
cuerpos de agua (Castelán Rodríguez, 2015).
Existen tres clases de procesos de tratamiento: Primario que se caracteriza por la remoción
de sólidos, secundario formado por el tratamiento biológico para disminuir la carga orgánica y
terciario cuyo objetivo es potabilizar el agua y eliminar metales pesados (Chávez Segovia,
2014).
1.4.2. Volumen de aguas residuales en el sector rural.
- Calculo de aguas residuales a tratar.
Es importante determinar con precisión el flujo de agua residual, para el cálculo del caudal (Q)
se considera la dotación de agua per cápita (D) por día, la cual varía de 80 a 150 L/hab/día.
El número de habitantes (hab) a servir mínimo 5 personas y el coeficiente de aportación (Ca)
que varía de 0.70 a 0.80 (CONAGUA, 2013).
Q = D × hab × Ca × 10-3 Ec. 1
Donde:
Q : Caudal de agua a tratar (m3/día)
D : Dotación de agua per cápita (L/hab/día)
hab : Número de habitantes (hab)
Ca : Coeficiente de aportación (%)
13
Para este estudio se desagrega las aguas residuales de la siguiente manera: Aguas negras
producto del inodoro equivale un 40% y Aguas grises producto de lavandería 15%, ducha
30%, cocina 10% y otros usos 5% equivalente al 60% (Sánchez Macancela, 2015).
1.4.3. Depuración de aguas a nivel domiciliario
El principio es el mismo que en las grandes plantas depuradoras, no obstante se puede
mejorar la eficiencia con principios básicos como priorizar el consumo necesario, separar las
aguas negras y grises, limitar el uso de detergentes y la supresión de productos artificiales
peligrosos; por lo que la complejidad del sistema elegido está en dependencia directa con
nuestra cultura de consumo (Marsilli, 2005).
La distinta composición entre aguas negras y aguas grises hace que la degradación de la
materia orgánica sea diferente, se toma como indicador la DBO5 que representa un 90% en
aguas grises y solo un 40% en aguas negras debido a la presencia de excretas, lo que dificulta
la degradación por microorganismos (Franco Alvarado, 2007).
1.5. Depuración de aguas negras.
Debido a su contaminación y gran potencial para la transmisión de parásitos e infecciones se
las depura con sistemas de bioreactores (Marsilli, 2005).
1.5.1. Biodigestor semi-continuo.
Son aquellos que reciben pequeñas porciones de carga orgánica en comparación al contenido
total y son alimentados diariamente, lo que garantiza el suministro permanente de nutrientes
a las colonias bacterianas (Energia Casera, 2009). “Opera por el proceso biológico llamado
fermentación anaeróbica y consiste en la descomposición de los desechos orgánicos, por
medio de bacterias que trabajan en ausencia de oxígeno” (Elizondo, 2005, pág. 3).
En la digestión anaerobia constan cuatro pasos de evolución de materia orgánica que son
Hidrolisis, acidificación (acidogénesis), formación de ácido acético (acetogénesis) y formación
de metano (metanogénesis) (Duque Molina & Vergara, 2010).
14
Para condiciones ambientales en fase anaeróbica ver la Tabla 3, tienen requisitos diferentes
en cada paso, siendo los factores más importantes el potencial de hidrogeno (pH) y la
temperatura (T °C).
Tabla 3. Condiciones ambientales en fase anaeróbica.
Parámetros Etapa 1 Etapa 2
Hidrolisis Acidificación Acetogénesis Metanogénesis
pH 5.2 6.3 6.7 7.5 Temperatura 25 °C 35°C 35°C 69°C
Fuente: Adaptado de Duque Molina & Vergara (2010) Elaboración: Original
En la Etapa 1 pueden realizar el metabolismo los microorganismos con presencia o carencia
de oxígeno, mientras que en la Etapa 2 son estrictamente anaerobias ya que reaccionan a la
presencia de oxígeno y a cambios del pH (Duque Molina & Vergara, 2010).
1.5.2. Tanque séptico sedimentador.
Es apropiado para familias y poblaciones pequeñas, construido de concreto e impermeable,
donde es vertida el agua que sale del biodigestor a través de tuberías, estas aguas son
retenidas por un periodo de tiempo necesario para separar la parte sólida restante y la materia
orgánica que se acumule en el fondo se descompone por acción bacteriana convirtiéndose en
lodo inofensivo (Toalongo Reyes, 2012). Funciona siempre lleno por rebalse y los sólidos
livianos que flotan generan una costra en la superficie del agua, aunque el agua que sale se
vea clara contiene contaminantes por lo que requiere tratamientos adicionales (Mariñelarena,
2006).
1.5.3. Cámara de evapotranspiración.
Este método combina dos procesos que consisten en 1) Evaporación directa de la cámara
producida por radiación solar, y, 2) Transpiración de las plantas de rápido crecimiento y alta
demanda de agua que se siembran en la superficie (Poma Torres, 2015). La cámara es
alimentada por la parte inferior con conexiones desde el tanque séptico, el flujo es ascendente
y al pasar por diferentes estratos se producen nutrientes que son aprovechados por la
vegetación. Al ser un sistema cerrado e impermeable el funcionamiento es anaeróbico
(Sánchez Macancela, 2015).
15
El sistema es muy efectivo en zonas cálidas y se aplica donde no hay receptores hídricos y el
terreno es impermeable. Además se integran muy fácil con el ambiente dando origen a áreas
verdes mejorando el paisaje (Ecodena, 2011). En condiciones normales de funcionamiento
todo el efluente es absorbido por las plantas de modo que no es necesario ningún post-
tratamiento (Poma Torres, 2015).
1.6. Depuración de aguas grises.
La cantidad de agua gris que se genera, depende del número de habitantes y debido a sus
hábitos estas pueden contener diversos productos químicos utilizados en actividades
comunes de limpieza del hogar y cuidado personal (Poma Torres, 2015). El proceso
comprende una técnica biológica alternativa (Sánchez Macancela, 2015) compuesta por una
trampa de grasas, tanque séptico sedimentador, biofiltro descendente y tanque de
almacenamiento. Debe ser entendido como una necesidad con la finalidad de mantener a la
población saludable y con una higiene adecuada, es una tecnología sencilla y económica
(Mariñelarena, 2006).
1.6.1. Trampa de grasas.
Es un pre-tratamiento que se construye de concreto, donde llegan las aguas grises y serán
retenidos todos los sólidos gruesos como papel, cartón, cabello, jabón, lanas, grasas y
aceites, la pendiente mínima de las tuberías debe ser 1 % y el mantenimiento del tanque cada
dos años (Toalongo Reyes, 2012), donde por sedimentación se retienen los sólidos y por
flotación las grasas y aceites (Ecodena, 2011).
1.6.2. Tanque séptico sedimentador.
Cumple la misma función como se mencionó en el literal 1.5.2, los lodos se estabilizan por
digestión anaeróbica (Franco Alvarado, 2007). Según Tebbutt (2001), “un tanque séptico
típico removera casi el 45% de la DBO aplicada y cerca del 80% de los sólidos suspendidos
(SS) que entran, (…) el lodo se debe quitar a intervalos de uno a dos años” (pág, 229) y la
DQO de 25 % a 50 % (Franco Alvarado, 2007).
1.6.3. Biofiltro descendente.
Para el presente estudio se ha seleccionado el biofiltro descendente, llamado también filtro
percolador que es muy usado en el tratamiento de aguas grises, donde se utilizan varios
16
materiales de soporte para los organismos filtrantes (Duque Molina & Vergara, 2010). Estos
materiales son granulares procesados a base de arcilla donde forman una capa bilógica
(Sánchez Macancela, 2015) “que se encargan de depurar los agentes contaminantes del agua
en agentes inertes” (Hurtado Duarte, 2016, pág. 9).
Se caracteriza por su sencillez para el tratamiento, no hay necesidad de adicionar nutrientes
coagulantes, floculantes solo requiere un pH entre 4.5 y 8.0 (Zuñiga, 2010) para su
funcionamiento óptimo.
- Material de soporte.
Permite la retención de sólidos en el interior de los reactores biológicos y ocupa entre el 50%
al 70% de la longitud total del reactor (Torres, Rodríguez, & Uribe, 2003). También influye en
las características hidráulicas, por lo que la elección apropiada del material filtrante en el
diseño es importante para alcanzar los resultados deseados (Domínguez Fabela, 2012). Con
la finalidad de “mejorar el contacto entre el sustrato y los sólidos bilógicos, facilitar un flujo
uniforme en el reactor, permitir la acumulación de biomasa y actuar como barrera física
evitando que los sólidos sean arrastrados fuera del sistema” (Torres, Rodríguez, & Uribe,
2003, pág. 76).
Según Domínguez Fabela (2012) y Torres, Rodríguez, & Uribe (2003) las condiciones que
debe cumplir un medio de soporte filtrante:
Grado de adherencia adecuado para la bio-película.
Poseer superficie elevada.
Porosidad alta del material de soporte.
Baja fricción al flujo de agua.
Estabilidad química y biológica.
Livianas para no sobrecargar las estructuras.
Facilidad en fabricación, abastecimiento, transporte y bajo costo.
Ser resistente.
Permitir la rápida proliferación de microorganismos.
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- Composición de la biopelícula.
Esta depende de la cantidad y calidad de nutrientes disponibles en el medio y las condiciones
ambientales donde se implementa el sistema donde se pueden localizar diversos
microorganismos como: bacterias, algas, protozoarios y micro-invertebrados (Castelán
Rodríguez, 2015).
- Tasa de filtración.
También llamada velocidad de filtrado, depende de factores como tipo de agua, material de
soporte, eficiencia del lavado (Hurtado Duarte, 2016), para calcularla se emplea la ecuación
de continuidad (Silva Salazar, 2015).
Vm = Q
A Ec. 2
Donde:
Q : Caudal de filtración (m3/h)
A : Área superficial del filtro (m2)
- Porosidad.
Es asociada con la hidráulica de filtración que relaciona tiempo y cantidad. A mayor biomasa
retenida, mayor tiempo de retención, y menor pérdida de carga en el filtro (Hurtado Duarte,
2016). Los valores típicos en material granular van de 0.38 a 0.48 (Castelán Rodríguez, 2015).
ε = V
VT Ec. 3
Donde:
V : Caudal de filtración (m3/h)
VT : Volumen total (m3)
- Tiempo de retención hidráulica.
Llamado así por el tiempo de permanencia del agua en contacto con la bio-película y el
material de soporte, a mayor tiempo se refleja mayor producción de microorganismos y una
mayor remoción de contaminantes (Castelán Rodríguez, 2015).
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TRH = VV
Q Ec. 4
Donde:
VV : Volumen de vacíos (m3)
Q : Caudal de filtración (m3/h)
- Ventajas del biofiltro.
Según Zuñiga (2010), las principales ventajas son:
Sistema ecológico que permite el rehúso de aguas grises.
Es un sistema muy sencillo y de fácil manejo.
No utiliza energía eléctrica ya que la mayoría del proceso es a gravedad.
Produce lodos estables que se pueden usar como abono.
Elimina los agentes patógenos.
Bajo costo en operación y mantenimiento.
No requiere de mano de obra calificada.
- Desventajas del biofiltro.
Según Zuñiga (2010), nombra las siguientes desventajas:
No resiste periodos sin alimentación.
Su arranque es complejo.
No soporta variaciones grandes de carga ni caudal.
El exceso de turbiedad puede tapar los filtros.
Los climas fríos afectan su funcionamiento.
No es recomendable para tratar grandes volúmenes de efluente.
1.6.4. Tanque de almacenamiento.
Puede ayudar a la purificación debido a la sedimentación por almacenaje, se coloca en una
zona estable y segura, debe garantizar un caudal adecuado y cubrirlo para evitar la
proliferación de mosquitos. En climas cálidos se puede perder caudal debido a la evaporación
(Tebbutt, 2001).
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1.7. Disposición final de aguas negras y aguas grises domiciliares
Las aguas negras por su alto grado de contaminación no son reutilizadas por lo que al salir
del tanque biodigestor se infiltran en la zanja de evapotranspiración (Poma Torres, 2015).
Estas aguas son depuradas mediante la transpiración de las plantas sin ningún peligro para
el medio ambiente (Sánchez Macancela, 2015).
Las aguas grises se pueden reutilizar, reduce el uso de agua potable de 16% a 40%,
disminuye el pago la cartas de agua y restringe la cantidad de aguas residuales a tratar (Allen,
2015) . De acuerdo a su uso se tiene:
1.7.1. Usos urbanos.
Según Franco Alvarado (2007), son aquellos de tipo no potable como:
Riego de áreas verdes como parques, canchas deportivas, césped en las casas,
jardinerías de cementerios y control de polvos en vías de tierra.
Limpieza de vehículos, ventanas, patios, calles.
Abastecimiento para tanques de inodoros y urinarios.
Arquitectónicos para paisajismo en uso de fuentes y caídas de agua.
Control de incendios.
1.7.2. Usos agrícolas.
Principalmente las aguas recuperadas son utilizadas para el riego de árboles frutales, viñedos,
pastizales, cultivos de cacao y plátano; también se usan para diluir fertilizantes y pesticidas
(Franco Alvarado, 2007). Además en la limpieza de granjas pecuarias, caballerizas y camales.
1.7.3. Restauración ambiental y usos recreacionales.
Algunos efluentes ayudan en el aumento de caudal de esteros y lagunas lo que favorece la
preservación ambiental y permite actividades como: paseos en bote, pesca y natación (Franco
Alvarado, 2007) para vertidos grandes que no superen los límites de la Tabla 2.
20
1.7.4. Usos industriales y mineros.
Siendo un sector importante en demanda de agua no es muy común la utilización de aguas
grises depuradas en el Ecuador, sin embargo países desarrollados se han convertido en
potenciales usuarios especialmente para refrigeración, agua de lavado, agua de procesos y
control de polvos en caminos; siendo la industria textil, papeleras y química las más
demandantes (Franco Alvarado, 2007).
21
CAPÍTULO II
ÁREA DE ESTUDIO
22
2.1. Aspectos sociales de la parroquia Limones.
De acuerdo a la información proporcionada por el CPV (2010), la población de la parroquia
rural de Limones es de 747 hombres y 663 mujeres, siendo la ganadería caprina su principal
actividad económica con el 40% del total del cantón. También aprovechan los derivados como
la leche para elaborar queso, yogurt, natilla y manjar (GADM-Z, 2016).
Esta parroquia se encuentra ubicada a 19 Km de la cabecera cantonal de Zapotillo, y en
función a la división político administrativa está conformada por 22 barrios que son: Añasitos,
Cabeza de Toro, Catanas, Chaquiro, Corralitos El Mango, El Oro de Pilares, El Sauce,
Hualtacos, Huasimal, Jiménez, Limones, Novillos, Paletillas de Malvas, Pichincha, Pilares,
Pueblo Nuevo, Sahinos, Tamarindo, Totumitos, Tronco Quemado, y, Zapotes (GADM-Z,
2016).
El servicio de agua potable por red pública en las viviendas de la parroquia es de 59.66%,
mientras que el 40.34% restante se abastece a través de pozos, ríos o vertientes y otros CPV
(2010).
El servicio de alcantarillado tiene una cobertura de 6.05%; un 18.89% cuenta con pozo séptico,
el 13.10% con pozo ciego, el 6.30% tiene letrinas y más de la mitad no cuenta con ningún
servicio de evacuación de aguas servidas con un 55.67% del total de la población CPV (2010).
2.2. Ubicación y vías de acceso.
El barrio Zapotes se encuentra en la parroquia Limones, cantón Zapotillo, a 20 Km de la
cabecera cantonal. Para llegar al lugar desde la cabecera cantonal se accede por la vía troncal
a la costa E25 en dirección al puente internacional con una distancia de 14 Km hasta la “Y”
del Huasimo. Ahí se conecta la vía de segundo orden que conduce hasta la parroquia Limones
con una distancia de 4 Km. Luego con dirección hacia el Norte por una vía de tercer orden
que conduce hacia el barrio Zapotes con una distancia de 2 Km.
El proyecto se ubica geográficamente a una elevación de 173 m.s.n.m, con longitud 80° 19’
42.75” O y latitud 4° 23’ 02.13” S (Google Earth, 2016). Así mismo, sus coordenadas planas
UTM son 9515418 Norte y 574458 Este.
23
2.3. Clima.
El clima es cálido seco y la temperatura oscila entre 24°C y 30°C (GADM-Z, 2016). El mes de
Julio el mes más seco con 0 mm de precipitaciones y el mes de Marzo el más lluvioso con
216 mm de precipitaciones (CLIMATE-DATA-ORG, 2016). La humedad promedio del 85% y
vientos promedios de 18 Km/h (The weather Company, LLC, 2016).
2.4. Principales rasgos geomorfológicos.
Comprende la parte sur occidental del sistema montañoso del Ecuador, contigua a la frontera
con el Perú. (GADM-Z, 2016). El terreno es accidentado, con elevaciones que varían de 200
m.s.n.m a más de 2000 m.s.n.m. (CLIMATE-DATA-ORG, 2016). Los drenajes principales
conforman el río Alamor y el río Chira, mismos que aportan a la cuenca binacional Catamayo-
Chira y desaguan en el océano Pacifico. Se caracteriza por presentar una configuración
montañosa moderadamente empinada y escarpada y colinas moderadamente empinadas.
(INAMHI, 2011, p. 7).
24
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
25
3.1. Procesos constructivos
El diseño y elaboración de las diferentes estructuras para el abastecimiento y bio-depuración
del agua se realizan en el taller de Hidráulica ubicado en el campus de la Universidad Técnica
Particular de Loja.
La actual fuente de abastecimiento son el río Alamor y las redes terciarias del canal de riego
Zapotillo. El agua para beber y preparar alimentos el GADM-Zapotillo hace recorridos
quincenales con un tanquero de agua sin garantizar que esta es potable, que resulta muy
poco para cubrir la demanda de agua. Las necesidades biológicas las realiza la población al
aire libre, por lo que con la firma del convenio de cooperación entre la UTPL y el GADP-
Limones se realiza la gestión para la construcción de los sistemas.
3.1.1. Selección de los beneficiarios.
Luego de la visita de campo y de acuerdo a la necesidad evidenciada se seleccionó las
familias del Sr. Juan Villalta 31 años (4 personas); Sr. Galo Vera 66 años (5 personas);y, Sra.
María Sánchez 66 años (5 personas) ya que cumplen con los requisitos para aplicar y construir
el proyecto.
3.1.2. Vivienda.
Las viviendas de las familias beneficiadas son de construcción mixta; Familia Sánchez:
mampostería de ladrillo y columnas de hormigón armado, pisos de tierra en el interior y
contrapiso de hormigón en el exterior, mientras que el techo está formado por perfiles
metálicos y cubierta de Steel panel. Familia Villalta: mampostería de ladrillo y columnas de
hormigón armado en una parte, paredes de bareque (carrizo y barro) y columnas de madera,
pisos de tierra mientras que el techo está formado por vigas de madera, travesaños de
guadua, cubierta de zinc y teja. Familia Vera: mampostería de ladrillo en una parte, paredes
de bareque (carrizo y barro) y columnas de madera, pisos de tierra mientras que el techo está
formado por vigas de madera, travesaños de guadua, cubierta de zinc y fibrocemento.
Reinaldo Sánchez: paredes de bareque (Guayacán y barro) y columnas de madera, pisos de
tierra, mientras que el techo está formado por vigas de madera, travesaños de madera,
cubierta de teja.
26
3.2. Distribución de la red.
Se emplea tubería PVC de 38 mm y 16.83 kgf/cm2 para la salida del tanque de
almacenamiento, con una reducción de 19 mm se conecta manguera negra de polietileno que
conduce por una línea principal y se divide en dos ramales. El primer ramal conecta el tanque
elevado, con una reducción a 12 mm y tubería PVC roscable de 12 mm abastece al
lavamanos, ducha y lavaplatos. El segundo ramal con manguera negra de polietileno de 12
mm conecta el tratamiento de agua, con tubería PVC roscable de 12 mm el inodoro y
lavandería.
- Datos hidráulicos:
Caudal acumulado con simultaneidad
Presión de suministro en acometida: 25.0 m.c.a.
Velocidad mínima: 0.5 m/s
Velocidad máxima: 2.5 m/s
Velocidad óptima: 1.8 m/s
Coeficiente de pérdida de carga: 1.2
Presión mínima en puntos de consumo: 10.0 m.c.a.
Presión máxima en puntos de consumo: 50.0 m.c.a.
Viscosidad de agua fría: 1.01 x 10-6 m2/s
Viscosidad de agua caliente: 0.478 x 10-6 m2/s
Factor de fricción: Colebrook – White
Pérdida de temperatura admisible en red de agua caliente: 5 °C
3.2.1. Captación.
Se selecciona como fuente de abastecimiento una caja de la red terciaria del canal de riego
Zapotillo, la cual es captada mediante un collarín de 63 mm con reducción a 25 mm con válvula
de paso. Esta se localiza en la cota 206 m.s.n.m con una diferencia de altura de 12 m hasta
la última casa, la conducción es de manguera negra de polietileno de 25 mm de 6.328 kgf/cm2
hasta el tanque de almacenamiento.
Las dimensiones de la caja son 60 cm largo, 60 cm ancho, 100 cm de profundidad y las
paredes con un espesor de 10 cm, construida de hormigón simple H°S y se encuentra en buen
estado.
27
3.2.2. Tanque de almacenamiento.
Es una estructura circular de ferrocemento con un diámetro de 2 m y altura 1.8 m, cuya
capacidad es de 5000 L, ubicado en la cota 198 m.s.n.m con una diferencia de altura de 8 m
respecto a la captación, cuya función es almacenar el agua que se distribuye a las familias
beneficiarias. Cumple además la función de sedimentador.
El agua llega del canal sin ningún tratamiento previo, por lo que se observa sólidos
suspendidos que aumenta la turbiedad.
Para construir se utiliza planchas de galvalumen recicladas como encofrado exterior en forma
circular, en el armado se emplea varillas corrugadas de 8 mm creando la estructura con
varillas tipo L en forma vertical y con varillas tipo O en forma horizontal de 2 m de diámetro,
se refuerza con malla hexagonal toda la estructura asegurándola con alambre negro # 18.
Se reviste las paredes internas con mortero con dosificación 3:1 es decir, tres partes de arena
fina por una parte de cemento portland. Después se lo deja reposar por 8 horas para que
seque y endure el mortero, se desencofra y se reviste la parte exterior. Se aplica lechada de
cemento para tapar los poros que pudieran quedar en el interior y exterior, se aplica una capa
de pintura esmalte en el exterior por protección.
3.3. Tanque elevado
Su función es almacenar agua para utilizar en lavavajillas, ducha y lavamanos; con capacidad
de 250 litros, lo que garantiza un suministro constante de agua y mantiene la presión del
servicio en la red de distribución.
3.3.1. Sistema constructivo.
La estructura de forma triangular está construida con perfiles tipo C de 100 x 50 x 3 mm, que
soporta el tanque plástico de almacenamiento al que se adapta accesorios tales como:
- Tubería de entrada con diámetro de 19 mm provista de una válvula compuerta de
cierre del mismo diámetro antes de la entrada del reservorio y la entrada se ubica en
la parte superior del reservorio.
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- Tubería de salida con diámetro 12 mm que conecta a la red de distribución provista
con una válvula compuerta de cierre, esta se la ubica en la parte baja del reservorio.
- Válvula de purga con diámetro 19 mm la cual se ubica en el fondo del reservorio.
- Escalera móvil para el acceso.
3.4. Mesón lavavajillas
Con el propósito de facilitar la limpieza del resto de comida de la vajilla y aseo de utensilios
de cocina se construye un mesón de hormigón armado, recubierto de cerámica y un pozo con
escurridera de aluminio galvanizado, dando comodidad para realizar la desinfección del lugar.
3.4.1. Sistema constructivo.
La construcción del mesón se la realiza en dos fases:
Fase uno.- prefabricados en el taller, en la que se prepara el hierro y encofrados que serán
fundidos con H° Simple; se tiene como resultado dos planchas de 100 cm largo, 60 cm de
ancho y 5 cm de espesor listas para ser instaladas una entera y otra hueca.
Fase dos.- construcción en sitio, una vez seleccionado el lugar a ser instalado se prepara el
terreno con bases de tubería PVC de 75 mm rellenas de H° Simple que soportan las planchas,
se nivela horizontalmente, lo que permite que se fundan en solo cuerpo. Se coloca la
cerámica, el pozo de aluminio galvanizado y accesorios de abastecimiento de agua y
desagües, con esto se finaliza la instalación del mesón lavavajillas.
3.5. Unidad sanitaria (inodoro, ducha y lavandería)
En el sector no cuentan con unidad sanitaria, la práctica de eliminación de excretas no es la
adecuada, lo que produce un foco de infección y contaminación, atrayendo mosquitos y
generando malos olores.
29
3.5.1. Descripción y diseño.
La unidad sanitaria se diseña para que cumpla condiciones económicas, construibles,
operacionales y de mantenimiento en el tiempo, con el propósito de brindar un ambiente
adecuado y limpio para la disposición de las necesidades biológicas y aseo personal. El
módulo consta de inodoro, lavamanos, ducha y lavandería; su estructura es de madera con
recubrimiento de hojas de zinc en paredes y techo, el contrapiso de hormigón simple con
recubrimiento de cerámica en la ducha y piso gres en el inodoro.
Lo característico del diseño es que separa el agua residual, en aguas negras (inodoro), de
aguas grises (ducha, lavamanos y lavandería) para tratarlas.
De acuerdo con Neufert (2001) el espacio necesario segunn la posición extendida en
horizontal de los brazos es de 1.75 m y la altura es de 2.26 m desde el piso hasta la punta de
los dedos con el brazo levantado.
3.5.2. Sistema constructivo.
De la inspección visual para cada usuario se define donde se construye la unidad sanitaria.
Con el rasanteo y nivelación del terreno se hace la excavación manual que sirve como base
para cimentación y la instalación de tuberías.
La estructura de madera fabricada en el taller de hidráulica se ensambla y asegura en cada
módulo sanitario, el contrapiso se funde con hormigón simple. Se cubre el techo y paredes
con zinc, con esto se da rigidez a la estructura. La instalación de los accesorios como inodoro,
ducha, lavamanos y lavandería, concluyen la construcción del módulo sanitario. Se pinta la
unidad sanitaria.
3.6. Depuración de aguas negras
Las que se trata, con biodigestor semi-continuo, tanque séptico sedimentador y una cámara
de evapotranspiración.
3.6.1. Descripción y diseño.
Las aguas negras son conducidas por tubería PVC hasta el biodigestor semi-continuo donde
se sedimenta la materia orgánica dando origen a la digestión anaerobia en su interior,
30
convirtiendo la materia orgánica en lodos inofensivos que son retirados una vez al año. El
efluente se conduce por tubería PVC hasta el tanque séptico, donde se retiene el tiempo
necesario para separar la materia orgánica restante. Estos dos tratamientos son colocados
aguas abajo de la unidad sanitaria, el flujo de agua es a gravedad colocados en serie a una
distancia de 1.50 m entre ellos.
El efluente del tanque séptico se conduce por tubería PVC hasta la cámara de
evapotranspiración, donde los principales criterios son: número de habitantes, tiempo de
retención hidráulica y requerimiento hídrico de las plantas que se cultivan en la superficie. Se
utilizan materiales y recursos del sector, se compone por: cámara impermeabilizada, tubería
de entrada, rocas grandes, boleos, gravas, arenas, suelo orgánico y plantas (Sánchez
Macancela, 2015). Según Poma Torres, (2015) recomienda el volumen de 2 m3 por persona
para el diseño.
3.6.2. Sistema constructivo.
El biodigestor semi-continuo es prefabricado en el taller de hidráulica de la UTPL, se utiliza
una bombona metálica de 55 galones 60 cm diámetro por 90 cm altura. Se suelda tubería
metálica de 50 mm para purga y salida, a la tapa se le adapta la entrada de 110 mm donde
llega directamente las aguas negras del inodoro, se recubre el interior con mortero con
dosificación 3:1 es decir por cada tres partes de arena fina, una parte de cemento portland,
se nivela y se conecta los accesorios.
El tanque séptico sedimentador se fabrica en situ, se nivela el terreno, se llena sacas con
arena que sirven de encofrado interno o molde, con dos anillos prefabricados en el taller de
hidráulica de la UTPL en forma circular uno de 50 cm para la base y uno de 30 cm para la
boca se amarran con alambre para formar la estructura del tanque, se reviste con mortero
con dosificación 3:1 en su totalidad. Desde la base en forma ascendente se envuelve con
alambre toda la superficie, se da una segunda mano de revestido con mortero, el pulido final
con revestimiento de lechada (cemento y agua) se aplica con brocha para impermeabilizar el
interior y exterior del tanque.
La cámara de evapotranspiración debe estar al final de todo el sistema y en un nivel inferior,
se toma en cuenta la topografía del terreno que debe ser lo más plano posible. Los diferentes
tipos de estratos se colocan con referencia al fondo de la zanja en forma ascendente desde
el más grueso hasta el más fino, es así que se asegura la tubería de entrada colocando rocas
31
de gran tamaño alrededor para evitar su taponamiento, se completa la superficie con una
profundidad de 60 cm del total de la zanja, 40 cm de boleos, 40 cm cascajo y 30 cm de tierra
orgánica en la que se siembran las plantas. Todos los materiales utilizados se consiguen en
la zona, lo que facilita la construcción.
La excavación de la zanja puede ser a mano o con máquina si la hubiera. Se perfila el piso y
paredes de modo que no existan aristas, se coloca una cama de arena fina de 10 cm espesor
en el piso, sobre la cual se extiende plástico negro hasta las paredes se cubre por completo
con la finalidad de impermeabilizarla y evitar la infiltración del agua almacenada. La tubería
de entrada se coloca al centro de la fosa para una distribución uniforme del flujo de agua
proveniente del tanque séptico.
3.7. Depuración de aguas grises
Las unidades que se utilizan son: trampa de grasas, tanque séptico sedimentador, biofiltro y
un tanque de almacenamiento.
3.7.1. Descripción y diseño.
El sistema consta de una trampa de grasas, que se utiliza para separar los residuos sólidos y
las grasas que llega del flujo de aguas grises, sino se cuenta con este sistema, con el tiempo
las tuberías se obstruyen, ocasionando problemas sanitarios. Retiene por sedimentación los
sólidos en suspensión y por flotación el material graso.
El efluente se conduce hasta el tanque séptico sedimentador donde se retiene la materia
orgánica que pudiera pasar. En estos dos tanques se produce digestión anaerobia que
convierte la materia orgánica en lodos inofensivos los que son retirados una vez al año.
Aunque este efluente tiene aspecto claro, contiene contaminantes que deben ser tratados, se
conduce este efluente a un último tratamiento que es el filtro biológico conformado por bolas
de arcilla cocidas, donde se forma una biopelícula que se encarga de depurar los agentes
contaminantes.
El agua depurada se almacena en una bombona metálica de 55 galones, el uso es agrícola
especialmente para el riego. Además, se conecta una manguera de rebose hasta la zanja de
evapotranspiración lo que evita el colapso del sistema.
32
3.7.2. Sistema constructivo.
La construcción en situ de los tres tanques sépticos, es igual a la del tanque séptico
sedimentador descrito en el numeral 3.6.2.
Los tanques sépticos se colocan en serie a 1.5 m de distancia entre ellos, conectados por
tubería PVC 50 mm y accesorios PVC 50 mm a la bombona metálica de 55 galones cuyas
dimensiones son 60 cm de diámetro y 90 cm de altura; cuya función es almacenar el agua
tratada que luego será utilizada para el riego.
Se construye un cerco alrededor para evitar que el ganado caprino y otros animales dañen la
estructura del sistema.
3.8. Análisis costo beneficio
El Análisis costo beneficio es un método utilizado para evaluar de forma exhaustiva los costes
y beneficios de un proyecto, tiene el objetivo de determinar si el proyecto es deseable desde
el punto de vista del bienestar social. (Ortega, 2012, p.147).
De acuerdo con Ortega (2012), la realización del análisis coste-beneficio consta de las
siguientes etapas:
Identificar los costos y beneficios del proyecto y su distribución en el tiempo. Calcular el Valor
actual neto económico (VANE) del proyecto, descontando todos los costes (C) y beneficios
(B) futuros (precios constantes) mediante el uso de una tasa social de descuento (r). Si el
VANE es positivo significa que el proyecto es socialmente deseable.
=−
(1 + ) Ec. [5]
La tasa social de descuento (r), refleja la preferencia social por los beneficios y costes actuales
frente a los beneficios y costes futuros. Para la evaluación económica del proyecto se tomó
en cuenta sumatoria de la inflación anual y la tasa de interés pasiva a 391 días y más. Dado
que los presupuestos del proyecto están actualizados a febrero de 2017, la inflación anual
según el INEC (2017) fue de 0.96%, y, la tasa de interés pasiva a 391 días y más de acuerdo
a la información del Banco Central del Ecuador fue de 7,54%.
33
Calcular la ratio coste-beneficio (RCB), dividir los beneficios actualizados (a precios
constantes) para los costes actualizados (a precios constantes)
=∑ (1 + )
∑ (1 + )
Ec. [6]
Como resultado se tiene que el proyecto es socialmente deseable si el RCB es mayor a 1.
Caso contrario (RCB < 1) no es deseable porque significa que los costes son superiores a los
beneficios que se va a obtener.
34
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
35
ReferenciaN1 -> N2
N1 -> N2
N3 -> N1
A2 -> A1
A3 -> A2
N2 -> A3
N2 -> A6
A5 -> A4
A6 -> A5
PVC-Ø 1/2Longitud: 2.30 m
Caudal: 0.20 l/sVelocidad: 1.02 m/sPérdida presión: 0.26 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 1/2Longitud: 1.28 m
Caudal: 0.30 l/sVelocidad: 1.53 m/sPérdida presión: 0.29 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 3/4Longitud: 55.59 m
Caudal: 0.30 l/s Caudal bruto: 0.40 l/s Velocidad: 0.69 m/sPérdida presión: 1.90 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 3/4Longitud: 121.08 m
Caudal: 0.30 l/s Caudal bruto: 0.40 l/s Velocidad: 0.69 m/sPérdida presión: 4.14 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 1/2Longitud: 2.39 m
Caudal: 0.20 l/sVelocidad: 1.02 m/sPérdida presión: 0.27 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 1/2Longitud: 1.14 m
Caudal: 0.30 l/sVelocidad: 1.53 m/sPérdida presión: 0.26 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 3/4Longitud: 3.21 m
Caudal: 0.36 l/s Caudal bruto: 0.80 l/s Velocidad: 0.82 m/sPérdida presión: 0.15 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
PVC-Ø 3/4Longitud: 79.32 m
Caudal: 0.36 l/s Caudal bruto: 0.80 l/s Velocidad: 0.82 m/sPérdida presión: 3.69 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Descripción Resultados ComprobaciónPVC-Ø 3/4Longitud: 0.48 m
Caudal: 0.36 l/s Caudal bruto: 0.80 l/s Velocidad: 0.82 m/sPérdida presión: 0.02 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Inodoro con cisterna (Sd) 2
Referencias CantidadConsumo genérico: 0.20 l/s 2Consumo genérico: 0.10 l/s 2
Consumos
4.1. Resultados de las tuberías de la red.
36
4.2. Resultados de los nudos de la red.
4.3. Separación de aguas residuales.
Con la separación de aguas negras y aguas grises, se cuenta con un adecuado manejo de
las aguas residuales domesticas que facilita la depuración.
Para este caso se considera 40% de aguas negras y el 60% de aguas grises por lo tanto:
Aguas negras 40% = 112 L/hab/día
Aguas grises 60% = 168 L/hab/día
Las actividades diarias de aseo personal y lavado de ropa se han facilitado, brindando un
adecuado ambiente sanitaria para las familias y mejorando su calidad de vida.
ReferenciaN1A1
A2
A3
N2A4
A5
A6
N3
Nivel: Suelo + H 1 mCota: 1.00 mPVC-Ø 1/2Longitud: 1.00 mConsumo genérico (Agua fría): Gf
Presión: 17.00 m.c.a. Caudal: 0.10 l/s Velocidad: 0.51 m/sPérdida presión: 0.03 m.c.a. Presión: 15.97 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Cota: 0.00 m NUDO ACOMETIDA Presión: 25.00
Nivel: Suelo + H 1 mCota: 1.00 mCOBRE-Ø15Longitud: 1.00 mConsumo genérico (Agua fría): Gf
Presión: 16.45 m.c.a. Caudal: 0.20 l/s Velocidad: 1.51 m/sPérdida presión: 0.34 m.c.a. Presión: 15.11 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Nivel: Suelo + H 0.5 mCota: 0.50 mPVC-Ø 1/2Longitud: 0.50 mInodoro con cisterna: Sd
Presión: 16.71 m.c.a. Caudal: 0.10 l/s Velocidad: 0.51 m/sPérdida presión: 0.02 m.c.a. Presión: 16.19 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Nivel: Suelo + H 1 mCota: 1.00 mPVC-Ø 1/2Longitud: 1.00 mConsumo genérico (Agua fría): Gf
Presión: 19.24 m.c.a. Caudal: 0.10 l/s Velocidad: 0.51 m/sPérdida presión: 0.03 m.c.a. Presión: 18.20 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Cota: 0.00 m Presión: 21.14 m.c.a.
Nivel: Suelo + H 1 mCota: 1.00 mCOBRE-Ø15Longitud: 1.00 mConsumo genérico (Agua fría): Gf
Presión: 18.71 m.c.a. Caudal: 0.20 l/s Velocidad: 1.51 m/sPérdida presión: 0.34 m.c.a. Presión: 17.37 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Nivel: Suelo + H 0.5 mCota: 0.50 mPVC-Ø 1/2Longitud: 0.50 mInodoro con cisterna: Sd
Presión: 18.98 m.c.a. Caudal: 0.10 l/s Velocidad: 0.51 m/sPérdida presión: 0.02 m.c.a. Presión: 18.46 m.c.a.
Se cumplen todas las comprobaciones
Descripción Resultados ComprobaciónCota: 0.00 m Presión: 21.31 m.c.a.
37
El costo de los materiales usados en la unidad sanitaria, es de ($ 756.29) setecientos
cincuenta y seis con 29/100 centavos, no incluye mano de obra.
4.4. Depuración de aguas negras
Las dimensiones del biodigestor semi-continuo se muestran a continuación:
Tabla 4. Resultados del diseño del biodigestor semi-continuo.
Descripción Cantidad Unidad
Número personas por vivienda (N) 5 hab Volumen aguas negras 112 L/hab/día Periodo limpieza de lodos 1 año Tiempo de retención 1 día
Diámetro externo 0.60 m Diámetro interno 0.50 m Espesor 0.05 m Altura 0.90 m Borde libre 0.10 m
Volumen biodigestor semi-continuo 0.157 m3 Elaboración: El autor
El tanque séptico sedimentador tiene las siguientes características:
Tabla 5. Resultados del tanque séptico sedimentador.
Descripción Cantidad Unidad
Número personas por vivienda (N) 5 hab
Volumen aguas negras 112 L/hab/día
Periodo limpieza de lodos 1 año
Tiempo de retención 1 día
Diámetro externo 0.50 m
Diámetro interno 0.40 m
Espesor 0.05 m
Altura 0.65 m
Tapa 0.30 m
Borde libre 0.10 m Volumen tanque séptico 0.069 m3
Elaboración: El autor
38
La zanja de evapotranspiración requiere un volumen de 10.00 m3 que resulta de la operación:
Volumen requerido = Volumen por persona × Número personas
Volumen requerido = 2.00 m3 × 5
Volumen requerido = 10.00 m3
Así las dimensiones para este proyecto, de la zanja de evapotranspiración son: 3.00 m de
largo por 2.00 m de ancho y 1.70 m de profundidad dando un volumen de 10.20 m3.
Volumen diseño = Largo × Ancho × Profundidad
Volumen diseño = 3.00 m × 2.00 m × 1.70 m
Volumen diseño = 10.20 m3
El volumen diseñado es mayor al requerido, los detalles constructivos de la zanja de
evapotranspiración se.
Para el requerimiento de agua en el sistema de evapotranspiración se considera 2 plantas de
banano y 12 plantas de taro o papa china. Según Poma Torres (2015) el banano require
mensual entre 1200 m3/ha a 1300 m3/ha, el numero por hectarea es 1100 a 1850 plantas,
calculando se obtiene:
Requerimiento mensual por planta=1200 m
3
ha
1100 planta
ha
= 1.09m3
planta
Requerimiento diario por planta=1090.9
Lplanta
30 día = 36.36
L
día planta
Requerimiento total = 36.36 L
día planta× 3 planta = 109.08
L
día
Según la UNAD (2017), la sabila requiere de 400 mm a 2500 mm anual, adoptamos el valor
promedio, en el area de la zanja se pueden sembrar 12 plantas a una distancia de 0.70 cm
entre ellas, calculando se obtiene:
Equivalencia = 1 mm = 1 L
m2
39
Requerimiento anual = 1450 L
m2 × (3.00 m × 2.00 m) = 8700 L
Requerimiento diario = 8700 L
365 días = 23.84
L
día
El caudal requerido en la zanja de evapotranspiración es igual a la sumatoria del caudal
requerido por el plátano más el caudal requerido por la sábila.
Requerimiento hídrico total = Requerimiento diario plátano + Requerimiento diario sábila
Requerimiento hídrico total = 109.08 L
día + 23.84
L
día
Requerimiento hídrico total = 132.92 L
día
Para calcular el volumen de vacíos en la zanja de evapotranspiración, según Poma Torres
(2015, pág 48) se coloca un volumen de agua conocido de una tuberia existente hasta
alcanzar la elevación superior, con el tiempo y caudal, se obtiene el volumen de vacios de
1800 litros.
El tiempo de retención hidráulico se obtiene con la ecuación 4, que resulta:
TRH = Vt
Q
TRH = 1800 L
12.92 L
día
TRH = 13.54 días
El caudal a depurar es de 112 L/día y las plantas sembradas tienen un requerimiento hídrico
de 132.92 L/día, que es superior al caudal a tratar, lo que garantiza la totalidad de la
depuración de aguas negras.
40
4.5. Depuración de aguas grises
El dimensionamiento de la trampa de grasas se detalla a continuación:
Tabla 6. Resultado de la trampa de grasas.
Descripción Cantidad Unidad
Número personas por vivienda (N) 5 hab
Volumen aguas grises 168 L/hab/día
Periodo limpieza de grasas 1 mes
Tiempo de retención 1 día
Diámetro externo 0.50 m
Diámetro interno 0.40 m
Espesor 0.05 m
Altura 0.65 m
Tapa 0.30 m
Borde libre 0.10 m
Volumen trampa de grasas 0.069 m3
Elaboración: El autor
El dimensionamiento del tanque séptico sedimentador se detalla a continuación:
Tabla 7. Resultados del tanque séptico sedimentador.
Descripción Cantidad Unidad
Número personas por vivienda (N) 5 hab
Volumen aguas negras 168 L/hab/día
Periodo limpieza de lodos 1 año
Tiempo de retención 1 día
Diámetro externo 0.50 m
Diámetro interno 0.40 m
Espesor 0.05 m
Altura 0.65 m
Tapa 0.30 m
Borde libre 0.10 m Volumen tanque séptico 0.069 m3
Elaboración: El autor
Para el filtro biológico descendente se utiliza material de soporte conformado por esferas de
cerámica, elaboradas en el taller de hidráulica de la UTPL, la materia prima a utilizar es arcilla
de Malacatos (AM) de la cantera San José de Ceibopamba.
41
La arcilla es triturada y tamizada, se agrega agua para obtener una pasta homogénea y
trabajable. Se realiza dos mezclas, arcilla de malacatos pura (AM) y arcilla de malacatos con
fibra de arroz (AMA) que se coloca en moldes rectangulares, luego con las manos se
transforman en esferas de 12 mm ± 1 de diámetro aproximadamente.
Se deja reposar durante 72 horas para que pierda humedad, se coloca en el horno artesanal
que funciona con gas, por 6 horas a una temperatura de 800 °C y al quemarse se convierte
en esferas de cerámica.
Según la clasificación SUCS (2011) la muestra AM es una arcilla inorgánica de plasticidad
media (CL) con un índice de plasticidad de 15.
De acuerdo a la Fluorescencia, en las arcillas hay compuestos cristalinos constituidos en su
mayor parte por aluminosilicatos que se forman en su mayor parte por Sílice (SIO2) y Aluminio
(Al2O3). En la Difracción de rayos X se identifica el cuarzo como el principal compuesto y al
ser sometido a grandes temperaturas presenta un cambio de fase donde pierden sus picos
característicos de arcilla quedando únicamente el cuarzo como el valor más representativo.
Se detallan las principales características obtenidas después de algunos análisis físicos,
además se determina que la resistencia a la compresión simple es inversamente proporcional
a la porosidad.
La tasa de filtración se obtiene aplicando la ecuación 2.
Velocidad filtración = Caudal
Área
Velocidad filtración = 0.007
m3
h12.57 m2
Velocidad filtración = 5.57×10-4 m
h
Para determinar el tiempo de retención hidráulica aplicamos la ecuación 4.
TRH = Volumen de vacios
Caudal de filtración
42
TRH = 0.0690 m3
0.007 m3
h
TRH = 9.86 h × 2 = 19.72 h Trampa de grasas y tanque séptico sedimentador
TRH = 0.0345 m3
0.007 m3
h
TRH = 4.90 h Biofiltro descendente
Para obtener el total de tiempo de retención hidráulico se suman los resultados, es así, que
para el proyecto el promedio de TRH es de 24.62 horas lo que asegura la funcionalidad del
sistema.
4.7. Análisis económico del proyecto
De acuerdo al Anexo 1 el costo total del proyecto es de $ 4883.01, actualizado en febrero del
2017. Este valor no incluye mano de obra.
4.7.1. Análisis costo beneficio.
El costo anual en el año 0 (2016) = 4883.01 + 976.60= 5859.61 se obtiene sumando el 20%
de costo indirecto, al costo total del proyecto.
Tabla 8. Análisis costo beneficio.
Año Inflación estimada
Costos anuales
Beneficios anuales
0 (2016) 5859.61 0.00
1 (2017) 1983.22 7576.50
2 (2018) 1.90 2020.97 7720.73
3 (2019) 1.80 2018.91 7712.86
4 (2020) 1.71 2017.06 7705.78
5 (2021) 1.62 2015.38 7699.37
Elaboración: El autor
43
4.7.2. Valor actual neto económico (VANE) del proyecto
( ) = 0,96% + 7,54% = 8,50% ≅ 0,085
=−
(1 + )=
−5859,61(1,085)
+5593,28(1,085)
+5699,75(1,085)
+5693,95(1,085)
+5688,72(1,085)
+5683,99(1,085)
= 30622,33
Como el VANE es positivo, el proyecto es socialmente deseable, esto implica que se generará
beneficios mayores al capital invertido.
4.7.3. Ratio costo beneficio (RCB) del proyecto
=∑ (1 + )
∑ (1 + )
=30260,5513780,59
= 2,20
Como el Ratio costo beneficio es mayor a 1 (RCB=2,20), el proyecto es socialmente deseable
ya que por cada $1 invertido anualmente se obtiene $2,20.
44
CONCLUSIONES
La construcción de las unidades sanitarias mejora la calidad de vida de los usuarios, ayuda a
reducir el desabastecimiento de agua en la zona rural y la contaminación de los cuerpos de
agua con excretas humanas.
No se necesita de mano de obra calificada y se capacitó a los usuarios en la construcción del
proyecto para que puedan replicarlo en otras comunidades con lo que se facilita la operación
y mantenimiento.
La construcción de cuatro reservorios con un volumen V=5750 L disponibles para el uso de
los beneficiarios lo que garantiza la dotación de agua sin interrupciones.
El costo directo de una unidad sanitaria es de $ 1384.42 (mil trecientos ochenta y cuatro con
42/100) y el presupuesto total del proyecto de vinculación es de $ 4883.01 (cuatro mil
ochocientos ochenta y tres con 01/100).
La zanja de evapotranspiración se construye con materiales del lugar, las plantas sembradas
tienen un requerimiento hídrico de 132.92 L/día, el volumen generado por las familias es de
112 L/día; y siendo el requerimiento hídrico mayor al volumen generado se garantiza que el
agua negra va a ser depurada en su totalidad. El periodo de vida útil es de (5 a 10) años.
El sistema de aguas grises tiene un tiempo de retención hidráulico de 24.62 horas en todo el
sistema, un tiempo bastante bueno en el medio filtrante, ya que a mayor tiempo se refleja
mayor producción de microorganismos y es directamente proporcional con la remoción de
contaminantes.
Las esferas de cerámica tienen un diámetro de 12 ±1mm aproximadamente, una porosidad
de 28% a 42% esta es inversamente proporcional a la resistencia que esta entre 0.11 kg/cm2
y 0.51 kg/cm2.
El agua depurada se almacena en una bombona de 55 galones que luego se reutiliza en la
agricultura para el riego de cultivos.
De acuerdo al análisis costo-beneficio la realización del proyecto es rentable debido a que por
1.00 dólar que se gasta se obtiene 2.20 en ingresos anuales, por tanto se justifica la inversión.
45
RECOMENDACIONES
Realizar visitas periódicas al proyecto para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
Mejorar la fuente de agua con la captación de una vertiente cercana, ya que en la actualidad
el suministro al sistema proviene de una red terciaria del canal de riego Zapotillo y presenta
turbidez.
Sembrar plantas de altos requerimientos hídricos y adaptados al lugar en la zanja de
evapotranspiración que garantizara el funcionamiento de la misma.
Proteger los sistemas de depuración de aguas negras y aguas grises ya que el ganado caprino
y otros pueden dañar la tubería y las conexiones.
Difundir la tecnología en medios locales, regionales, nacionales, centros educativos,
universidades, organismos no gubernamentales para que sea replicado en otras
comunidades.
Buscar financiamiento económico, con el fin de fortalecer el apoyo brindado por la Universidad
Técnica Particular de Loja.
Motivar la inclusión de estudiantes de diferentes facultades para conformar un equipo
multidisciplinario que permita contribuir con su conocimiento en específico.
46
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51
ANEXOS
52
ANEXO 1. Presupuestos.
SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
Captación 1 Collarín de 63 mm a 25 mm U 1.00 3.20 3.20 2 Cortadora media vuelta 25 mm U 1.00 1.00 1.00 3 Adaptador 25 mm U 4.00 0.40 1.60 4 Válvula de boya flotante 25 mm U 1.00 21.38 21.38 5 Unión polimex 25 mm U 1.00 0.70 0.70 6 Reductor 25 mm a 19 mm U 1.00 2.14 2.14 7 Manguera negra polietileno 25 mm m 80.00 0.62 49.60
Tanque almacenamiento
8 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 17.53 2.20 38.57
9 Malla hexagonal m2 30.16 2.55 76.91 10 Cemento (sacos de 50 Kg) U 14.00 9.20 128.80
11 Arena fina m3 1.50 18.00 27.00 12 Alambre de amarre negro N° 18 lb 22.00 1.50 33.00 13 Tubería PVC 110 mm m 1.80 1.80 3.24 14 Malla textil m 1.00 2.00 2.00 15 Listón madera 6 x 4 cm U 1.00 4.60 4.60 16 Reductor PVC 110 mm a 50 mm U 1.00 2.20 2.20 17 Codo 50 mm U 1.00 0.60 0.60 18 Tubo roscable 38 mm m 2.00 2.25 4.50 19 Tee polimex 38 mm U 1.00 2.30 2.30 20 Tapón macho 38 mm U 1.00 1.25 1.25 21 Reductor de 38 mm a 19 mm U 1.00 1.25 1.25 22 Cortadora media vuelta 38 mm U 1.00 8.50 8.50 23 Pintura esmalte gl 1.00 12.85 12.85
Distribución 24 Manguera negra polietileno 19 mm m 240.00 0.46 110.40 25 Manguera negra polietileno 12 mm m 100.00 0.29 29.00 26 Tee Flex 19 mm U 6.00 0.35 2.10 27 Reductor 19 mm a 12 mm U 3.00 2.14 6.42 28 Adaptador 12 mm U 9.00 0.30 2.70 29 Válvula cortadora 12 mm U 6.00 3.50 21.00
SON: QUINIENTOS NOVENTA Y OCHO CON 80/100 Total $ : 598.80
53
TANQUE ELEVADO
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
1 Tanque plástico 250 litros U 1.00 63.75 63.75 2 Correa tipo C 100 x 50 x 3 mm U 1.50 14.00 21.00 3 Suelda 6011 lb 1.00 2.50 2.50 4 Tubería 12 mm roscable m 3.00 0.98 2.94 5 Válvulas de corte de 12 mm U 4.00 8.00 32.00 6 Válvula de boya flotante 25 mm U 1.00 11.75 11.75 7 Universal polimex 12 mm U 2.00 1.10 2.20 8 Cloro pastillas Global 1.00 3.00 3.00 9 Cupla reductor de 19 mm a 12 mm U 2.00 1.35 2.70
10 Adaptador flex 12 mm U 2.00 0.30 0.60 11 Tee polimex 12 mm U 4.00 0.70 2.80 12 Codo polimex 90° x 12 mm U 10.00 0.45 4.50 13 Codo polimex 45° x 12 mm U 2.00 0.55 1.10 14 Neplo polimex cintura 12 mm U 10.00 0.40 4.00 15 Neplo polimex largo 12 mm x 600 mm U 2.00 1.55 3.10 16 Cinta teflón industrial U 2.00 1.10 2.20 17 Cemento (sacos de 50 Kg) U 0.50 9.20 4.60
18 Arena m3 0.08 18.00 1.44
19 Grava m3 0.10 17.00 1.70
20 Manguera negra de polietileno 12 mm m 10.00 0.29 2.90 21 Permatex 85 gramos U 0.50 2.50 1.25 22 Silicón transparente 300 ml U 0.50 3.50 1.75 23 Pintura Esmalte negra gl 0.50 3.50 1.75
SON: CIENTO SETENTA Y CINCO CON 53/100 Total $: 175.53
MESÓN LAVAVJILLAS
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
1 Cemento (sacos de 50 kg) U 1.20 9.20 11.04
2 Arena m3 0.08 18.00 1.44
3 Grava m3 0.10 17.00 1.70
4 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 10.01 2.20 22.02 5 Lavaplatos galvanizado 70 x 40 cm U 1.00 17.00 17.00 6 Cerámica 30 x 30 cm m2 1.50 14.00 21.00
7 Tubería 12 mm roscable m 10.00 0.98 9.80 8 Válvulas de corte de 12 mm U 1.00 8.00 8.00 9 Grifo cromado de 12 mm U 1.00 7.50 7.50
10 Universal polimex 12 mm U 2.00 1.10 2.20 11 Adaptador flex 12 mm U 2.00 0.30 0.60
54
12 Tee polimex 12 mm U 1.00 0.70 0.70 13 Codo polimex 90°x 12 mm U 5.00 0.45 2.25 14 Codo polimex 45°x 12 mm U 2.00 0.55 1.10 15 Neplo polimex cintura 12 mm U 6.00 0.40 2.40 16 Neplo polimex largo 12 mm x 600 mm U 2.00 1.55 3.10 17 Cinta teflón industrial U 1.00 1.10 1.10 18 Tubo PVC sanitario 50 mm m 3.00 0.80 2.40 19 Tubo PVC sanitario 75 mm m 6.00 1.20 7.20 20 Codos PVC sanitario 50 mm U 2.00 0.70 1.40 21 Sifón acordeón 50 mm U 1.00 4.00 4.00 22 Permatex 85 gramos U 0.50 2.50 1.25 23 Silicón transparente 300 ml U 0.50 3.50 1.75
SON: CIENTO TREINTA CON 95/100 Total $: 130.95
UNIDAD SANITARIA
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
1 Tiras de 10 cm secas de yamila U 12.00 2.00 24.00 2 Tiras de 5 cm secas de yamila U 15.00 1.15 17.25 3 Listones de 6 x 4 cm de yamila U 23.46 4.56 106.98 4 Planchas de zinc 0.9 x 2.4 m U 18.00 5.60 100.80 5 Tornillos MDF 7 x 1 cm U 150.00 0.02 3.00 6 Cola 1 litro U 1.00 2.00 2.00 7 Inodoro U 1.00 54.00 54.00 8 Lavamanos U 1.00 37.00 37.00 9 Ducha cromada U 1.00 4.50 4.50
10 Tubería 12 mm roscable m 18.00 0.98 17.64 11 Válvulas de corte de 12 mm U 2.00 8.00 16.00 12 Grifo cromado de 12 mm U 2.00 8.00 16.00 13 Universal polimex 12 mm U 4.00 1.10 4.40 14 Tee flex 12 mm U 5.00 0.40 2.00 15 Cupla reductor de 19 mm a 12 mm U 2.00 1.35 2.70 16 Adaptador flex 12 mm U 2.00 0.30 0.60 17 Tee polimex 12 mm U 4.00 0.70 2.80 18 Rejilla aluminio de 50 mm U 2.00 1.50 3.00 19 Rejilla aluminio de 75 mm U 1.00 1.75 1.75 20 Unión polimex 12 mm U 2.00 0.55 1.10 21 Codo polimex 90°x 12 mm U 14.00 0.45 6.30 22 Codo polimex 45°x 12 mm U 2.00 0.55 1.10 23 Neplo polimex cintura 12 mm U 7.00 0.40 2.80 24 Neplo polimex largo 12 mm x 600 mm U 2.00 1.55 3.10 25 Cinta teflón industrial U 3.00 1.10 3.30 26 Sifón lavamanos U 1.00 5.50 5.50 27 Juego de herrajes U 1.00 7.50 7.50 28 Tubería PVC sanitaria 50 mm m 12.00 0.80 9.60
55
29 Tubería PVC sanitaria 75 mm m 6.00 1.20 7.20 30 Tubería PVC sanitaria 110 mm m 12.00 1.80 21.60 31 Codo PVC 45° x 50 mm sanitario U 2.00 0.90 1.80 32 Codo PVC 90° x 50 mm sanitario U 1.00 0.70 0.70 33 Codo PVC 90° x 75 mm sanitario U 1.00 1.20 1.20 34 Codo PVC 90° x 110 mm sanitario U 1.00 2.20 2.20 35 Tee PVC sanitario 50 mm U 1.00 1.50 1.50 36 Yee PVC sanitario 75 mm a 50 mm U 1.00 2.10 2.10 37 Pega tubo 1 litro U 1.00 5.40 5.40 38 Cemento (sacos de 50 kg) U 7.50 9.20 69.00
39 Arena m3 0.40 18.00 7.20
40 Grava m3 0.60 17.00 10.20
41 Cerámica 30 x 30 cm m2 0.90 14.00 12.60
42 Piso gres 25 x 25 cm m2 2.80 9.15 25.62
43 Manguera negra de polietileno 12 mm m 25.00 0.29 7.25 44 Manguera de abasto lavamanos U 1.00 2.25 2.25 45 Manguera de abasto inodoro U 1.00 2.25 2.25 46 Permatex 85 gramos U 2.00 2.50 5.00 47 Silicón transparente 300 ml U 0.50 3.50 1.75 48 Anillo de cera para inodoro U 1.00 2.00 2.00 49 Pintura Esmalte blanco gl 1.00 14.00 14.00 50 Pintura Esmalte azul gl 1.00 14.00 14.00 51 Pintura Esmalte amarillo gl 0.25 14.00 3.50 52 Alambre solido N° 14 m 20.00 0.25 5.00 53 Interruptor U 1.00 0.50 0.50 54 Boquilla y foco U 1.00 2.00 2.00 55 Lavandería prefabricada en taller U 1.00 65.00 65.00 56 Picaporte 75 mm U 1.00 0.75 0.75
57 Brocha 75 mm U 4.00 1.50 6.00
SON: SETECIENTOS CINCUENTA Y SEIS CON 29/100 Total $: 756.29
DEPURACIÓN DE AGUAS NEGRAS
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
Biodigestor semi-continuo
1 Bombona metálica 55 galones U 1.00 12.00 12.00 2 Suelda 6011 lb 1.00 2.50 2.50 3 Tubería metálica 50 mm x 2 mm Global 1.00 1.00 1.00 4 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
5 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
6 Tee PVC 50 mm sanitaria U 1.00 1.50 1.50 7 Codo PVC 110 mm sanitario U 1.00 2.20 2.20 8 Tubo PVC 50 mm sanitario m 0.50 0.80 0.40 9 Masilla plástica gl 0.25 25.00 6.25
56
Tanque séptico sedimentador
10 Sacos de yute 1.20 x 0.8 m U 1.00 0.80 0.80
11 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 1.12 2.20 2.46
12 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
13 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
14 Alambre de amarre negro N°18 lb 1.00 1.50 1.50 15 Brocha 100 mm U 1.00 1.80 1.80 16 Tubo PVC 50 mm sanitario m 1.50 0.80 1.20 17 Codo PVC 50 mm sanitario U 2.00 0.60 1.20
Zanja de evapotranspiración
18 Excavación a maquina Hora 2.00 25.00 50.00 19 Plástico negro 1.5 m m 7.00 1.20 8.40 20 Tubo PVC 50 mm sanitario m 8.00 0.80 6.40 21 Codo PVC 50 mm sanitario U 2.00 0.60 1.20
22 Piedra m3 3.60 18.00 64.80
33 Boleos m3 2.40 18.00 43.20
34 Cascajo m3 2.40 0.00 0.00
35 Tierra orgánica m3 1.80 0.00 0.00
SON: DOSCIENTOS VEINTE Y TRES CON 10/100 Total $: 223.10
DEPURACIÓN DE AGUAS GRISES
N° Descripción Unidad Cantidad Precio unitario
Precio total
Trampa de grasas
1 Sacos de yute 1.20 x 0.8 m U 1.00 0.80 0.80
2 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 1.12 2.20 2.46
3 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
4 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
5 Alambre de amarre negro N°18 lb 1.00 1.50 1.50 6 Brocha 100 mm U 1.00 1.80 1.80 7 Tubo PVC 50 mm sanitario m 1.50 0.80 1.20 8 Codo PVC 50 mm sanitario U 2.00 0.60 1.20
Tanque séptico sedimentador
9 Sacos de yute 1.20 x 0.8 m U 1.00 0.80 0.80
10 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 1.12 2.20 2.46
11 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
12 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
13 Alambre de amarre negro N°18 lb 1.00 1.50 1.50 14 Tubo PVC 50 mm sanitario m 1.50 0.80 1.20 15 Codo PVC 50 mm sanitario U 2.00 0.60 1.20
Biofiltro descendente
16 Sacos de yute 1.20 x 0.8 m U 1.00 0.80 0.80
17 Acero refuerzo fy = 4200 kg/cm2 kg 1.12 2.20 2.46
57
18 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
19 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
20 Alambre de amarre negro N°18 lb 1.00 1.50 1.50 21 Tubo PVC 50 mm sanitario m 1.50 0.80 1.20 22 Codo PVC 50 mm sanitario U 2.00 0.60 1.20 23 Esferas de arcilla Global 1.00 6.33 6.33
Tanque de almacenamiento
24 Bombona metálica 55 galones U 1.00 12.00 12.00 25 Suelda 6011 lb 1.00 2.50 2.50 26 Tubería metálica 50 mm x 2 mm Global 1.00 1.00 1.00 27 Cemento (sacos de 50 kg) U 0.62 9.20 5.70
28 Arena fina m3 0.08 18.00 1.44
29 Tee PVC 50 mm sanitaria U 1.00 1.50 1.50 30 Codo PVC 110 mm sanitario U 1.00 2.20 2.20 31 Tubo PVC 50 mm sanitario m 0.50 0.80 0.40 32 Masilla plástica gl 0.25 25.00 6.25 33 Manguera de jardín m 15.00 0.30 4.50 34 Grifo cromado 12 mm U 1.00 8.00 8.00 35 Adaptador metálico 12 mm U 1.00 1.50 1.50 36 Unión polimex 12 mm U 1.00 0.50 0.50
SON: NOVENTA Y OCHO CON 55/100 Total $: 98.55
PRESUPUESTO TOTAL
N°
Descripción Cantidad Precio unitario
Precio total
1 Costos directos del sistema de tratamiento de agua 1 598.80 598.80 2 Costos directos del tanque elevado. 3 175.53 526.59 3 Costos directos del mesón lavavajillas. 4 130.95 523.81 4 Costos directos de la unidad sanitaria. 3 756.29 2268.86 5 Costos directos de la depuración de aguas negras. 3 223.10 669.31 6 Costos directos de la depuración de aguas grises. 3 98.55 295.64
SON: CUATRO MIL OCHOCIENTOS OCHENTA Y TRES CON 01/100 4883.01