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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA
DIAGNOSTICO Y DISEÑO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA EN LAS FALDAS DEL VOLCAN MOMBACHO TRABAJO DE DIPLOMA PRESENTADO POR: Br. Flor de María Pérez García Br. Carlos Germán Gámez Bojorge
PARA OPTAR AL TITULO DE: Ingeniero Agrícola TUTOR: MSc. Ing. Vidal Cáceres Antón
ASESOR: MSc. Ing. Juan Carlos Valle
Managua, Nicaragua Noviembre, 2003
Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
AGRADECIMIENTO Al organismo SUCHER & HOLZER, que a través del proyecto ASTEC-Austria, brindó el apoyo económico, logístico necesario para la realización de este documento. Al MSc. Ing. Dionisio Vidal Cáceres Antón, por el apoyo y dedicación brindada en la tutoría de este trabajo. Al MSc. Ing. Juan Carlos Valle por su apoyo y dedicación incondicional en la asesoría prestada para la realización de este trabajo monográfico. Al MSc. Ing. Nestor Fong por todos los consejos brindados para la culminación de este estudio. Al MSc. Ing. Martín Gauss por la ayuda y las orientaciones prestadas para la finalización de este documento. Al MSc. Ing. Michael Platzer por todo apoyo brindado para la realización de este documento. A la Fundación Cocibolca por el apoyo brindado; especialmente al Dr. José León Talavera, por la autorización de todos los levantamientos de campo realizados dentro de la Reserva Natural Volcán Mombacho. A los señores Enrique Miranda, Carlos Gaitán y Francisca Delgadillo por su colaboración prestada. A todas aquellas personas que de una u otra forma nos brindaron su apoyo incondicional en la realización de este trabajo.
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DEDICATORIA A Dios: Nuestro señor, quien me ha permitido alcanzar una de las metas más importantes de mi vida. A MI MAMA:
Sandra del Carmen Bojorge Que me forjó, preparó con amor, cariño y sacrificio para ser un hombre de bien en el futuro moralmente y profesionalmente, a quien debo todo lo que soy. A MI HERMANA:
Tania Aurelia Gámez Bojorge Por mantener siempre los lazos de hermandad y solidaridad, y a quien le recuerdo que el camino es duro pero al final la satisfacción es grande y que al igual que yo logre culminar su carrera universitaria. A MI TIA:
Martha Lorena Bojorge Por todo el apoyo, cariño y sobre todo por el ejemplo profesional que me ha servido de guía para la culminación de las metas que ha alcanzado. A MI TIA:
Aurelia Gámez Por todo su cariño y confianza y apoyo que han formado parte fundamental para la culminación todas mis metas.
Carlos Germán Gámez Bojorge
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DEDICATORIA
A DIOS Por ser mi fuente de luz, por haberme regalado el don de la vida y por permitirme llegar a este momento tan importante.
A mi padre José David Pérez Picado, por todo el apoyo que me ha brindado y los valores que me ha enseñado en todos estos años.
A mi madre Isabel García, por todo el amor y la comprensión que me ha brindado, por enseñarme que con esfuerzo y dedicación todo se puede lograr en la vida.
A mis hermanos David y Mauricio, por todo el apoyo, el cariño y la confianza que me han dado siempre.
A todos mis amigos.
Flor de María Pérez García
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
CARTA DEL CATEDRATICO GUIA
El trabajo de diploma titulado "Diagnóstico y diseño del sistema de abastecimiento de agua en las faldas del volcán Mombacho", presentado por los Bachilleres Carlos Germán Gámez Bojorge y Flor de María Pérez García, representa no solo una contribución al área de investigación dentro de la facultad de Tecnología de la Construcción, sino también un aporte fundamental en la búsqueda de soluciones que permita resolver la problemática del suministro de agua principalmente en el sector rural. Para llevar a cabo este trabajo de diploma los Bachilleres. Gámez Bojorge y Pérez García, tuvieron que demostrar iniciativa, realizando muestreos, diseñando acueductos, elaborando planos constructivos y topográficos además de establecer los costos de los diferentes sistemas. Habiendo seguido de cerca el trabajo realizado, puedo afirmar que el éxito del mismo se debió al interés y dedicación mostrados por los Bachilleres. Por tanto solicito a los honorables miembros del jurado la aprobación del presente trabajo de diploma y les sea otorgado el título de Ingeniero Agrícola a los Bachilleres Carlos Germán Gámez Bojorge y Flor de María Pérez García.
MSc. Ing. Vidal Cáceres Antón Proyecto Astec Austria UNI - CIEMA
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INDICE DEL CONTENIDO CONTENIDO ........................................................................................................... PAGINAS I. II. III IV -
INTRODUCCION ............................................................................................................ 1 ANTECEDENTES ........................................................................................................... 2 JUSTIFICACION ............................................................................................................. 3 OBJETIVOS ................................................................................................................... 4 4.1. - OBJETIVO GENERAL...................................................................................... 4 4.2. - OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................. 4 V. - MARCO TEORICO ......................................................................................................... 5 5.1. - Sistemas de abastecimiento de agua potable (SAAP) ........................................ 5 5.2. - Elementos y componentes de los SAAP............................................................. 5 5.2.1 - Fuente de abastecimiento........................................................................... 5 5.2.1.1. - Aguas superficiales......................................................................... 5 5.2.1.2. - Aguas sub-superficiales.................................................................. 6 5.2.1.3. - Aguas subterráneas ......................................................................... 7 5.2.1.3. - Aguas pluviales............................................................................... 7 5.2.2. - Obras de captación.................................................................................... 8 5.2.2.1. - Obras de captación de aguas superficiales ..................................... 9 5.2.2.2. - Obras de captación de agua de manantial....................................... 9 5.2.2.3. - Obras de captación de agua subterránea......................................... 9 5.2.2.4. - Obras de captación para aguas pluviales ...................................... 10 5.2.3. - Métodos y dispositivos de aforo ............................................................. 12 5.2.3.1. - Métodos de descarga directa......................................................... 12 5.2.3.2. - Métodos de velocidad área ........................................................... 14 5.2.3.3. - Medición de la precipitación ........................................................ 14 5.2.4. - Línea de conducción ............................................................................... 15 5.2.4.1. - Conducción por gravedad............................................................. 15 5.2.4.2. - Conducción por bombeo............................................................... 15 5.2.5. - Almacenamiento ..................................................................................... 15 5.2.6. - Estación de bombeo................................................................................ 16 5.2.6.1. - Bombas ......................................................................................... 16 5.2.7. - Red de distribución ................................................................................. 16 5.3. - Criterios de diseño para la línea de conducción y red de distribución ............. 17 5.3.1. - Coeficiente de flujo "C" para la ecuación de Hazen Williams ............... 17 5.3.2. - Presiones residuales en el sistema .......................................................... 17 5.3.3. - Velocidades de flujo en el sistema.......................................................... 17 5.3.4. - Factores de máxima demanda................................................................. 17 5.3.5. - Presión máxima de trabajo a utilizar según el tipo de tubería ................ 18 5.3.6. - Pérdidas en el sistema............................................................................. 18 5.4. - Calidad del agua ............................................................................................... 18 5.4.1. - Aspectos bacteriológicos ........................................................................ 19 5.4.1.1. - Microorganismos indicadores....................................................... 19 5.4.2. - Aspectos físico-químicos........................................................................ 20 5.4.2.1. - Medición del potencial de hidrógeno (pH)................................... 20 5.4.2.2. - Parámetros estéticos u organolépticos.......................................... 20 5.4.3. - Desinfección ........................................................................................... 21 VI. - MATERIAL Y METODO.............................................................................................. 22 6.1. - Generalidades ................................................................................................... 22
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6.1.1. - Area en estudio ....................................................................................... 22 6.1.2. - Levantamiento topográfico..................................................................... 23 6.2. - Alternativas de abastecimiento para las fincas ................................................. 23 6.2.1. - Manantial del "Túnel"............................................................................. 23 6.2.1.1. - Construcción de la obra de captación ........................................... 23 6.2.1.2. - Instalación de la nueva línea de conducción ................................ 23 6.2.1.3. - Caracterización físico-química y bacteriológica de las aguas del manantial............................................................ 23 6.2.1.4. - Tratamiento del agua .................................................................... 23 6.2.1.5. - Aforo de la fuente de abastecimiento ........................................... 25 6.2.1.6. - Determinación del caudal para la red de distribución por gravedad................................................................................. 25 6.2.1.7. - Propuesta de la red de distribución manantial del "Túnel"........... 25 6.2.2. - Red pública ENACAL............................................................................ 26 6.2.3. - Propuesta de perforación del pozo en la finca La Esperanza ................. 26 6.2.3.1. - Proyección poblacional para las fincas en estudio ...................... 26 6.2.3.2. - Determinación del caudal para la red de distribución por Bombeo ............................................................................................. 26 6.2.3.3. - Propuesta de la red de distribución por bombeo........................... 27 6.3. - Abastecimiento de agua en la Estación Biológica ............................................ 30 6.3.1. - Demanda en la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho................................................................................. 30 6.3.2. - Determinación de la Precipitación para la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho ...................................................... 31 6.3.3. - Volumen de agua pluvial en la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho ...................................................... 31 VII. - PRESENTACION Y DISCUSION DE RESULTADOS............................................... 33 7.1. - Abastecimiento para las fincas cafetaleras ....................................................... 33 7.1.1. - Fuente de abastecimiento manantial del "Túnel" .................................. 33 7.1.1.1. - Determinación del caudal del manantial del "Túnel" ................... 33 7.1.1.2. - Resultado de análisis bacteriológico realizado en la caja de distribución procedente del manantial del "Túnel"........... 36 7.1.1.3. - Resultado de análisis físico-químico realizado en la caja de distribución procedente del manantial del "Túnel".......... 37 7.1.1.4. - Construcción de la captación, distribución y almacenamiento por medio del manantial del "Túnel" ........................................... 38 7.1.1.5. - Diseño de la red por gravedad ...................................................... 38 7.1.2. - Fuente de abastecimiento de la red pública de Enacal ........................... 43 7.1.3. - Fuente de abastecimiento pozo perforado "La Esperanza" .................... 42 7.1.4. - Costos de los sistemas de abastecimiento para las fincas....................... 50 7.1.4.1. - Costos del sistema de distribución por gravedad desde el manantial del "Túnel" .................................................... 50 7.1.4.2. - Costos del sistema de distribución por bombeo desde pozo perforado en La Esperanza.................................................. 50 7.2. - Abastecimiento de agua para la Estación Biológica......................................... 51 7.2.1. - Medición de la precipitación en la Estación Biológica .......................... 51 7.2.2. - Análisis de las características bacteriológicas del agua pluvial almacenada en la Estación Biológica.......................................... 55 7.2.3. - Resultado de análisis físico-químico realizado en el tanque de almacenamiento de la Estación Biológica......................................... 56
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7.2.4. - Costos del sistema de captación de aguas pluviales en la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho ..................................... 57 VIII. - CONCLUSIONES ................................................................................................... 58 IX. - RECOMENDACIONES ................................................................................................ 60 X. - BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 61 XI. - ANEXOS ................................................................................................................. 63
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
LISTADO DE ESQUEMAS, TABLAS Y GRAFICOS ESQUEMAS: 5.2.2.4-a: 5.2.2.4-b: 6.1-a: 7.1.5-a: 7.1.5-b: 7.1.6 -a: 7.1.7-a: 7.1.7-b:
Sistema de captación de agua pluvial en techos ................................................. 11 Detalle de interceptor de primeras aguas ............................................................ 11 Microlocalización del proyecto........................................................................... 22 Red de distribución por gravedad con leyenda de nodos.................................... 39 Red de distribución por gravedad con leyenda de tuberías................................. 40 Registro de presiones suministradas por la red de distribución de ENACAL............................................................................... 41 Red de distribución por bombeo con leyenda de nodos...................................... 42 Red de distribución por bombeo con leyenda de tuberías .................................. 43
TABLAS: 6.3.3-a: 7.1.1.1-a: 7.1.1.2-a : 7.1.1.3-a: 7.1.1.5-a: 7.1.1.5-b: 7.1.1.5-c: 7.1.1.5-d: 7.1.3. -a: 7.1.3. -b: 7.1.3. -c: 7.1.4.1-a: 7.1.4.1-b: 7.2.1-a: 7.2.1-b: 7.2.1-c: 7.2.1-d: 7.2.1-e: 7.2.1-f: | 7.2.2-a: 7.2.3-a:
Coeficientes de escorrentía según el material de techo....................................... 31 Registro de caudal promedio mensual aportado por el manantial del "Túnel" ................................................................................................................ 32 Resultados bacteriológicos obtenidos de los muestreos realizados en la caja de distribución manantial del "Túnel" ............................. 35 Resultados físico químicos obtenidos de los muestreos realizados en la caja de distribución procedente del manantial del "Túnel" ........................ 36 Resultados de la línea de distribución finca La Trinidad.................................... 37 Resultados de la línea de distribución finca La Esperanza ................................. 37 Resultados de la línea de distribución finca Santa Teresa .................................. 38 Resultados de la línea de distribución finca El Progreso Santa Ana .................. 38 Reporte de tuberías de la línea de conducción por bombeo................................ 45 Resultados en los nodos la línea de conducción por bombeo ............................. 45 Resultados en las líneas de conducción por bombeo .......................................... 46 Costos estimados de construcción de la red de distribución por gravedad manantial del túnel .............................................................................. 49 Costos estimados de construcción de la red de distribución por bombeo................................................................................................................ 49 Ubicación de las Estaciones Pluviométricas seleccionadas................................ 51 Registro principal de precipitación ..................................................................... 51 Distribución de la precipitación crítica por mes para la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho .................................................. 52 Volumen teórico de agua ofertado mensualmente por el sistema de agua pluvial en techos para la Estación Biológica ...................................................... 53 Volumen de agua demandado mensualmente por la Estación Biológica ........... 53 Volumen de almacenamiento necesario en la Estación Biológica y mes crítico ........................................................................................................ 54 Resultados microbiológicos obtenidos de los muestreos realizados en los tanques de almacenamiento Estación Biológica .................... 55 Resultados físico químicos obtenidos de los muestreos realizados en los tanques de almacenamiento Estación Biológica .................... 55
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
GRAFICOS: 7.1.1.1-a: 7.1.1.1-b: 7.1.1.1-c: 7.1.1.1-d: 7.1.3-a: 7.1.3-b: 7.1.3-c: 7.2.1-a:
Caudal aportado por el manantial del "Túnel" con respecto a la precipitación para el mes de Marzo ................................................................ 33 Caudal aportado por el manantial del "Túnel" con respecto a la precipitación para el mes de Abril .................................................................. 33 Caudal aportado por el manantial del "Túnel" con respecto a la precipitación para el mes de Mayo.................................................................. 34 Caudal aportado por el manantial del "Túnel" con respecto a la precipitación para el mes de Junio .................................................................. 34 Curva de modulación de Granada Octubre 1996 ................................................ 47 Caudales de las bombas durante período extendido ........................................... 47 Niveles en los tanques de almacenamiento......................................................... 48 Modelo lineal de precipitación vs elevación para el año 1991 del registro principal ........................................................................................... 51
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
RESUMEN El presente trabajo está basado en el estudio de las alternativas posibles para el abastecimiento de agua en el volcán Mombacho. Dentro de las alternativas de abastecimiento de agua para las fincas y el desarrollo eco-turístico está el manantial de “Túnel”, la red publica (ENACAL) y la perforación de un pozo. Para el abastecimiento de agua en la Estación Biológica se evaluó el sistema de captación de aguas pluviales. El manantial del “Túnel” abastece a 5 fincas cafetaleras (“El Progreso, Santa Ana, La Trinidad, Santa Teresa y La Esperanza”), de las cuales 2 tienen proyectos de desarrollo ecoturístico para un futuro. Para considerar la posibilidad de abastecer a las fincas por medio del manantial fue necesario realizar un aforo en las época de invierno y verano, a través del cual se pudo establecer el aporte de caudal. Además considerando otro aspecto muy importante se determinó la calidad bacteriológica y físico-química del agua del manantial a través de cuatro muestreos realizados en épocas diferentes. Se diseñó un sistema de abastecimiento por gravedad para el manantial del “Túnel”, tomando en cuenta todas las consideraciones de diseño y las condiciones topográficas del terreno. Debido a lo mencionado anteriormente fue necesario implementar en el diseño la construcción de pilas rompe presión para evitar rupturas en las tuberías ocasionadas por la sobrepresión que generan los desniveles del terreno. Considerando como otra alternativa de abastecimiento de agua potable la red de ENACAL se determinó la presión de la red por medio de la instalación de un medidor de presión en una de las casas que se abastecen a través de ella. En los resultados obtenidos se confirmó que la red no puede ser utilizada como fuente de abastecimiento debido a las variaciones de presión ocasionadas por la falta de un caudal constante. Para solucionar el problema de abastecimiento de agua para la población de las fincas y el desarrollo eco-turístico, fue necesario considerar la perforación de un pozo ubicado en la finca “La Esperanza”. De acuerdo a investigación realizada de la situación de los pozos cercanos se sabe que el agua es de buena calidad y que el aporte de caudal es constante. Debido a que es necesario elevar el agua hasta un nivel determinado para poder abastecer a las fincas fue necesario hacer el diseño de un sistema de conducción por bombeo, compuesto por dos equipos en serie. Los resultados obtenidos del análisis de los datos de precipitación reflejan que es posible satisfacer la demanda de agua en la Estación Biológica de la reserva Natural Volcán Mombacho solamente incrementado las obras de almacenamiento. Se determinó la calidad del agua por medio de análisis bacteriológico y físico-químico, a pesar de que no presenta contaminación por coliformes totales y fecales, no es apta para ingerir debido a que se necesita hacer periódicamente limpieza en los tanques para evitar otro tipo de contaminación.
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
RESUMEN DE OBRAS PROPUESTAS Abastecimiento por gravedad desde el manantial del “Túnel” Obra
Descripción
U/M
Cantidad
Captación
Hormigón Negro ∅ 15-25 mm
m3
18
Piedra Bolón ∅ 2”-3”
m3
25
Tee PVC ∅ 3” Cédula 26
unid
1
Reductor ∅ 3”-1”
unid
1
Pega para PVC 1/4
gln
2
Codo PVC ∅ 3”
unid
1
Línea de Conducción
Tubería PVC ∅ 3” Cédula 26, L = 6mt
unid
28
Filtro Lento de Arena
Arena Diámetro efectivo 0.15-0.35 mm Coeficiente de uniformidad (Cu≤2)
m3
13
Grava ∅ 1/8-1/4”
m3
1.5
Grava ∅ 1/4”-1/2”
m3
1.5
3
1.5
Grava ∅ 1”-2”
3
m
1.5
Concreto 3000 PSI
m3
3.5
Piedra Cantera 60cmx40cmx15cm
unid
99
Acero de refuerzo corrugado # 3
qq
1.5
Acero de Refuerzo liso # 4
qq
1
Concreto de 3000 PSI
m3
1
Acero de Refuerzo # 3
qq
2
Vigas y Columnas 0.15x0.15 4#3 Est # 2
ml
13.20
Platina Acero Inoxidable 0.8mx0.55mx1/4”
lbs
48.53
Mortero para juntas resistencia 3000 PSI
m3
0.12
Clorador de Capacidad 10 gal (Elaborado)
unid
1
Grava ∅ 1/2”-1”
Caja de Cloración
m
2
Formaletas
m
6.6
Caja de Distribución - La Trinidad
Tubería PVC ∅ 11/2” SDR 26
ml
1,423.00
La Trinidad- La Esperanza
Tubería PVC ∅ 11/2” SDR 26
ml
1,332.00
Caja de Distribución -Santa Teresa
Tubería PVC ∅ 11/2” SDR 26
ml
1,170.00
Caja de Distribución a Progreso Tubería PVC ∅ 11/2” SDR 26 Santa Ana
ml
1,723.00
unid
16
Líneas de Distribución
Pilas Rompe Presión
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
Sistema de Abastecimiento por Bombeo desde el pozo perforado en la finca “La Esperanza” Obra
Descripción
U/M
Cantidad
Pozo ∅ 12”, revestido con tubería metálica de 8”, Pozo perforado en la finca “La profundidad nominal de 300 pies (filtro de grava, unidad Esperanza” sello sanitario, desarrollo y base de concreto)
1
Pozo ∅ 2.5m, altura de rebose de 2.5m,construido toalemnte de concreto monolitico con una unidad resistencia de 3000 PSI, ubicado a los 550 msnm.
1
Pozo Húmedo
Línea de conducción Pozo - Pozo Tubería de HG ∅ 3” húmedo
Tanque de Descarga
Altura de 2.5m, ∅ 5m, construido de concreto monolítico con una resistencia de 300 PSI, cubierta unidad de techo de zinc corrugado cal. 28.
Línea de conducción Pozo húmedo Tubería de HG ∅ 3” – Tanque de Descarga
Equipo de bombeo No 1
Equipo de bombeo No 2
ml
ml
Bomba sumergible GRUNDFOS modelo 85S20016 de Acero Inoxidable 50 GPM @ 800′. unidad Accesorios ∅ 3” de HG (tee, tapón macho, codos, Niples) y accesorios adicionales para instalación. Bomba sumergible GRUNDFOS modelo 85S20016 de Acero Inoxidable 50 GPM @ 800′ unidad Accesorios ∅ 3” de HG (tee, tapón macho, codos, Niples) y accesorios adicionales para instalación.
662
1
480
1
1
Línea de distribución Tanque de Tubería de PVC ∅ 11/2” SDR 26 descarga - fincas
ml
701.00
Línea de distribución Tanque de descarga – nodo de derivación Tubería de PVC ∅ 3” SDR 26 Progreso- Santa Ana
ml
780.00
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
I.- INTRODUCCION En Nicaragua las aguas subterráneas constituyen la principal fuente de abastecimiento de agua potable, las que están siendo sobre - explotadas debido al poco aprovechamiento de las aguas superficiales. El control de calidad y distribución del agua está reglamentado por la Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (ENACAL), el que establece las normas técnicas en la calidad y conducción del agua, a su vez facilitan los servicios a diferentes sectores de la población. La Dirección de Acueductos Rurales (DAR-ENACAL) es la encargada de planificar y ejecutar proyectos en el área rural con la finalidad de lograr que la comunidad tenga los suficientes elementos que le permitan tomar decisiones en cuanto a la obra de abastecimiento y así mismo tengan la capacidad de resolver los problemas que se le vayan presentando. En el año 1983 fue establecida por decreto la reserva natural volcán Mombacho y en Septiembre de 1996 el MARENA entregó la administración y manejo de la reserva a la fundación Cocibolca, la cual tiene la obligación de planificar las actividades de investigación, protección, desarrollo de infraestructura e implementación de servicios. Las principales actividades económicas en la zona son la agricultura y el eco-turismo, este último no se ha desarrollado totalmente debido a la falta de infraestructura y servicios, principalmente el abastecimiento de agua. La Fundación Cocibolca solicitó apoyo al Centro de Investigación y Estudios del Medio Ambiente (CIEMA), de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), para realizar este trabajo de investigación sobre las fuentes de abastecimiento de agua en el volcán Mombacho, con el propósito de cubrir la demanda en las fincas cafetaleras y el consumo eco-turístico esperado en la zona. La investigación se realizó en el volcán Mombacho, situado al sur de la ciudad de Granada en la orilla occidental del lago de Nicaragua y posee una elevación máxima de 1,345.00 msnm. El área agrícola (fincas cafetaleras), está limitada a los 850 msnm, debajo de este nivel se encuentran una serie de propiedades que actualmente son abastecidas por agua de manantiales, que afloran dentro del área protegida a diferentes niveles. En el año 2000 fue fundada una Estación Biológica, la cual está ubicada dentro del área protegida con el objetivo de supervisar y controlar las actividades que se realizan dentro de la reserva. Actualmente esta Estación alberga a estudiantes e investigadores, además del personal que labora para la fundación. El suministro de agua en la Estación Biológica se realiza por medio de la captación de agua pluvial en techos la que es almacenada para su utilización posteriormente en las actividades domésticas. El presente trabajo tiene la finalidad de evaluar técnica y económicamente tres alternativas de abastecimiento de agua potable para las fincas cafetaleras por medio del manantial del “Túnel”, la red pública de ENACAL y un pozo perforado atendiendo el abastecimiento de la población en las fincas y las expectativas eco-turísticas. Otra finalidad del trabajo es mejorar el sistema de abastecimiento por medio de la captación de aguas pluviales utilizado actualmente en la Estación Biológica.
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Diagnóstico y Diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua en las Faldas del Volcán Mombacho
II.- ANTECEDENTES El volcán Mombacho posee un importante recurso hídrico superficial debido a las condiciones climáticas de la zona, las que favorecen al afloramiento de una serie de manantiales que abastecen de agua a 16 propiedades ubicadas en las laderas del volcán. El agua recolectada en la parte más alta se distribuye hacia las fincas por medio de tuberías para uso doméstico. En la parte noroeste del volcán se encuentran los manantiales más caudalosos que abastecen de agua a las fincas: San José, La Locura, Las Ruinas del Hotelito, Leslie Dávila, Cutirre, Las Delicias, La Calera y Santa Isabel, encontrándose el manantial de mayor caudal en la finca La Calera. En la parte noreste del volcán está ubicado el manantial del “Túnel”, que abastece de agua a las fincas: “El Progreso, La Trinidad, La Esperanza, Santa Teresa y Santa Ana” a través de una obra de captación que está conectada a la caja de distribución por medio de tubería de PVC, luego el agua es conducida por gravedad desde la caja de distribución hacia las fincas por tuberías. La obra de captación no reune las condiciones necesarias para aprovechar el caudal aportado por el manantial. Las tuberías de conducción y distribución presentan un deterioro en su estado físico, producto de las rupturas se han empleado en su reparación tramos de tuberías con diámetros y materiales diferentes, empleando en la junta materiales no apropiados. Actualmente el sistema de suministro de agua potable por medio de la red pública abastece de agua a las viviendas que están cercanas al volcán. Esta red no es aprovechada como fuente de suministro de agua para las fincas, debido a que no existe un sistema de tuberías que soporte altas presiones ni los equipos de bombeo que eleven el agua hasta el nivel de las fincas. La Estación Biológica cuenta con un sistema de captación de aguas pluviales. El sistema tiene un área de techo de 350 m2, que permite captar el agua y posteriormente conducirla por medio de tubería de PVC de 4” de diámetro hacia dos tanques cilíndricos de concreto. La capacidad de los tanques es de 5,000 galones cada uno, el agua que se almacena es usada posteriormente en el consumo del personal que labora en la Estación Biológica de la siguiente forma: para las duchas, lavado de trastos, utensilios de cocina y lavamanos, para servicios sanitarios no se utiliza agua debido que se usan letrinas aboneras.
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III.- JUSTIFICACION Las fincas: “El Progreso, La Trinidad, La Esperanza, Santa Ana y Santa Teresa”, son abastecidas de agua por medio del manantial del “Túnel”, el que presenta un inadecuado sistema de captación, permitiendo pérdidas por filtración y fugas en la obra de captación y la línea de conducción. El mal funcionamiento hidráulico del sistema de distribución ocasiona rupturas en las tuberías, aumentando el volumen de agua desaprovechado e incrementando el riesgo de contaminación. Para solucionar los problemas mencionados anteriormente se debe diseñar y construir un nuevo sistema de captación que permita aprovechar al máximo el agua que aporta el manantial y realizar los cambios necesarios en la línea de conducción principal y las líneas de distribución. El sistema propuesto tendrá como garantía la distribución mediante el cumplimiento de las normas técnicas que faciliten el buen funcionamiento hidráulico y el control de la explotación del recurso del manantial del “Túnel” mediante la instalación de medidores de flujo en la red principal. Además es necesario determinar la calidad del agua que está siendo utilizada actualmente, para la implementación de un sistema de pretratamiento si fuese necesario y evitar de esta manera ocasionar problemas de salud en la población. Debido a que se tiene proyectado el desarrollo eco-turístico en las fincas “El Progreso y Santa Ana”, debe asignarse un mayor caudal para poder satisfacer la demanda turística en su totalidad. Por esta razón es necesario conocer el caudal máximo, mínimo y promedio aportado por el manantial del “Túnel” para determinar si es posible satisfacer la demanda empleando el mismo como fuente de suministro, de lo contrario se tienen que buscar otras alternativas, como la perforación de un pozo o uso de la red pública (ENACAL) para poder brindar un servicio eficiente a la población turística. La información recopilada durante cinco años de las estaciones pluviométricas instaladas a diferentes alturas del volcán revelan, que en la cima la precipitación varía entre 2,100 mm y 2,200 mm, ocurriendo esto en los meses de mayo a diciembre lo que representa un alto potencial en explotación del agua de lluvia para consumo humano. El sistema de captación de agua pluvial instalado en la Estación Biológica cuenta con un área de techo de 350 m², la cual es suficiente para recolectar el agua que se utiliza en dichas instalaciones durante todo el año. Sin embargo, actualmente no existe la capacidad de almacenamiento para cubrir la demanda de todo el año, razón por la cual existe un período de racionamiento comprendido entre los meses diciembre a mayo, que son los meses correspondientes a la época seca. Por el problema mencionado anteriormente se hace necesaria la construcción de un nuevo tanque de almacenamiento que incremente la capacidad actual hasta el volumen necesario para satisfacer la demanda anual.
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IV.- OBJETIVOS 4.1.- OBJETIVO GENERAL • Realizar el diagnóstico del potencial de suministro de agua en las faldas del volcán Mombacho por medio del manantial del “Túnel”, captación de aguas pluviales y aguas subterráneas. • Realizar el diseño de todas las obras de mejoramiento del sistema de abastecimiento de agua.
4.1.- OBJETIVOS ESPECIFICOS • Determinar el caudal de agua que puede ser suministrado por medio del manantial del Túnel y captación de aguas pluviales. • Analizar las características físico-químicas y microbiológicas del agua en estudio. • Proponer alternativas que mejoren la captación, almacenamiento y distribución del agua que se esta usando actualmente sin causar un gran impacto al medio ambiente. • Plantear un sistema que complemente el abastecimiento de agua por medio de la red pública (ENACAL) • Establecer los costos de cada una de las alternativas planteadas.
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V.- MARCO TEORICO 5.1. - SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE (SAAP) En la actualidad ante el avance tecnológico y sobre población, el hombre se ha dado a la tarea de transportar el agua hasta sus ciudades de origen, no sin abandonar el afán de preservar y aprovechar de manera sensata este recurso. Cuando se limita la cantidad de agua para el abastecimiento de una comunidad tiende a experimentar problemas de salubridad así como también problemas en el sector agrícola, industrial, comercial e incluso en su apariencia estética. Por esta razón los SAAP tienen como principal tarea el transporte del agua en cantidades adecuadas y de buena calidad siendo este una parte modular en el desarrollo de la población misma.(11) Actualmente es una obligación de los organismos estatales de los diferentes países la habilitación de brindar los servicios de agua a las comunidades rurales y suburbanas para que la población disponga en cantidad suficiente y libre de agentes patógenos o nocivos que aumenten el riesgo de contraer enfermedades.(14) En el año 1982, cuando se inicio la atención al sector rural disperso, los programas de agua y saneamiento, no tenían estructurado un ciclo de proyecto que les permitiera identificar donde iniciaba la participación institucional de estos. Además, la Dirección de Acueductos Rurales, dispone de un ciclo de proyectos que tiene como objetivo la delimitación de la participación institucional y la parte comunitaria con la finalidad de garantizar que las comunidades tengan la suficiente capacidad de mantener su proyecto de agua potable.(12)
5.2. - ELEMENTOS Y COMPONENTES DE LOS SAAP 5.2.1. - Fuente de abastecimiento La fuente de abastecimiento de agua tiene como función principal suministrar agua a la población durante todo el período de diseño, además de mantener las condiciones de calidad físico-químicas y bacteriológicas necesarias para garantizar la potabilidad de la misma. La elección de una fuente de abastecimiento de agua debe hacerse cumpliendo los requisitos de calidad, localización, captación y conducción que resulte técnica y económicamente factibles. Las posibles fuentes de agua para la zona rural provienen generalmente de aguas superficiales, aguas sub-superficiales, aguas pluviales y agua subterránea, siendo este último recurso el que generalmente proporciona mayor seguridad desde el punto de vista sanitario y estabilidad de gastos, siempre que se hayan tomado todas las consideraciones antes descritas.(1) 5.2.1.1. - Aguas superficiales El agua superficial para consumo de una comunidad rural proviene de ríos, esteros, canales, lagos, embalses y lagunas. Como primera medida sanitaria debe evitarse la contaminación de la fuente, en especial la proveniente de heces humanas y residuos industriales. Las fuentes de aguas superficiales están sujetas grandes variaciones de flujo, calidad y temperatura.
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•
Capacidad de suministro en los cursos superficiales
Para determinar el caudal de agua de un curso superficial, se afora en diferentes épocas estacionales con el fin de conocer las variaciones de caudal y estimar si la fuente es susceptible de entregar el agua suficiente para la población a servir. Hay que considerar en lo posible las cifras estadísticas correspondientes a un buen número de años. En caso de que en la época de caudal mínimo (estiaje) el agua sea insuficiente, no es motivo para desechar la fuente, por cuanto se puede embalsar. •
Capacidad de suministro en embalses y lagos
En los lagos y embalses hay que considerar las pérdidas por evaporación e infiltración. Para embalses artificiales de agua de lluvia debe calcularse el volumen total acumulado durante el año seco.(4) 5.2.1.2. - Aguas sub-superficiales El agua sub-superficial es aquella que al desplazarse a través del medio poroso (suelo) y por sus elevaciones o pendientes, pueden aparecer en la superficie en forma de manantiales. El manantial es una descarga concentrada de agua subterránea que aparece en la superficie del terreno, por fallas o accidentes de estratos impermeables como una corriente de agua fluyente.(6) Existen las denominadas áreas de percolación influente, en las cuales el agua aparece en la superficie con un movimiento lento, el agua en las zonas de percolación puede encharcarse, evaporarse y fluir lo que dependerá de la magnitud de la percolación el clima y la topografía. Los manantiales se presentan en muchas formas y han sido clasificados según la causa, estructura de la roca, descarga, temperatura y variabilidad del flujo.(13) •
Manantiales resultantes de fuerzas no gravitatorias
En esta clasificación están todos los manantiales volcánicos asociados con las rocas volcánicas y de fisuras, que resultan de las fracturas que se extienden hasta una profundidad apreciable a la corteza terrestre. El agua de estos manantiales generalmente tiene una temperatura superior a la del agua subterránea normal de la localidad. Son comunes los términos manantial tibio y manantial caliente (manantiales termales), el agua de estos suele estar mineralizada en grado alto y puede estar constituida por agua juvenil en mezcla total o parcial. •
Manantiales resultantes de fuerzas gravitatorias
En este grupo están los manantiales originados por la acción de la fuerza hidrostática y son: -
Manantiales de depresión
Los manantiales de depresión se forman cuando la superficie del terreno intercepta el nivel hidrostático.
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-
Manantiales de contacto
Un manantial de contacto se forma cuando un acuífero descansa sobre un estrato menos permeable y este intercepta la superficie del terreno. Los manantiales artesianos resultan cuando el agua, bajo presión se libera desde un acuífero confinado en un afloramiento del mismo o a través de una abertura en el estrato de confinamiento. -
Manantiales tubulares o de fracturas
Los manantiales tubulares o de fracturas surgen como pocetas redondeadas, tales como tubos de lava canal de disolución, fracturas en rocas impermeables que se conectan con depósitos de agua subterránea.(8) 5.2.1.3. - Aguas subterráneas El agua subterránea constituye una porción del agua en la tierra, a cuya circulación se le denomina ciclo hidrológico. Las formaciones geológicas de la corteza terrestre actúan como conducto para la transmisión y como depósito para el almacenamiento de la misma, el agua penetra en estas formaciones por infiltración desde la superficie del terreno o por percolación desde las masas superficiales de agua, después de lo cual viaja lentamente hasta distancias variables, la capacidad de almacenamiento de los depósitos de agua subterránea, combinada con tasas pequeñas de flujo percolado de lluvia, proporcionan las fuentes y medios de abastecimiento de agua. El agua subterránea que emerge en los cauces de las corrientes, contribuye al mantenimiento de la misma cuando el flujo sobre tierra es mínimo, igualmente el agua subterránea que es bombeada desde pozos, representa la fuente única de abastecimiento para usos diversos, durante largos períodos de tiempo. Prácticamente toda agua subterránea tiene su origen en las aguas superficiales. Las fuentes principales de la recarga natural procede de las precipitaciones atmosféricas, flujo sobre la tierra y la percolación influente desde los lagos. Las otras contribuciones conocidas como recarga artificial son la irrigación en exceso, la percolación desde canales de irrigación y el agua expresamente aplicada por esparcimiento u otro modo para aumentar la reserva de agua subterránea.(14) 5.2.1.4. - Aguas pluviales Cuando no se dispone de agua subterránea susceptible de ser captada económicamente para la zona rural o es prohibitiva la utilización del agua superficial por la distancia de conducción o costo de las instalaciones, se recurre al agua de lluvia. La captación de agua de lluvia es un medio fácil de obtener agua para consumo humano y/o uso agrícola. El agua pluvial a su paso por la atmósfera arrastra polvo y disuelve gases tales como anhídrido carbónico, oxigeno y otros que la hacen corrosiva, pero no se contamina con bacterias y parásitos. Siendo el agua de lluvia de buena calidad no constituye una fuente de aprovechamiento constante, y por consiguiente hay que almacenarla en épocas de lluvia para tener agua disponible en épocas de sequías. El proceso de almacenarla puede sufrir contaminación, por consiguiente hay que extremar las precauciones necesarias.(7)
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•
Precipitación
Es la fuente primaria del agua en la superficie terrestre y sus mediciones forman un punto de partida de la mayor parte de los estudios concernientes al uso y control de la misma. La precipitación es el agua que se encuentra como vapor, en estado líquido pequeñas partículas suspendidas, nubes o neblinas o en forma de lluvia, se produce la precipitación cuando se condensa el vapor de agua, tal fenómeno ocurre al sobrepasarse su condición de saturación en presencia de núcleos de condensación que sirvan para formar gotas, la saturación corresponde a la presión ejercida por el máximo contenido de vapor de agua a una temperatura dada.(11) Los tipos de precipitación dependen de la causa del movimiento del aire húmedo y atendiendo a esto se clasifican en: -
Precipitaciones ciclónicas
Las precipitaciones ciclónicas están asociadas con el calentamiento desigual de la superficie de la tierra y creación de presiones diferentes que originan movimientos del aire en puntos de alta presión a lugares de baja presión. -
Precipitaciones orográficas
Las precipitaciones orográficas se producen cuando corrientes horizontales de aire húmedo y caliente, que chocan contra cerros o montañas son orientadas en dirección ascendente. Muchas veces contribuyen a las precipitaciones de tipo ciclónicas. -
Precipitaciones convectivas
Las precipitaciones convectivas se deben fundamentalmente al ascenso del aire calentado por la superficie del suelo, son muy frecuentes en las zonas tropicales. El aire adyacente a la tierra se calienta durante el día, posteriormente se expande y reduce su peso, por otra parte aumenta el contenido de vapor de agua, que tiene un peso específico de 0.6 en relación con el aire seco lo cual hace disminuir más su peso, esto origina corrientes de alta a menor temperatura y menor presión, el vapor se condensa y se precipita. -
Precipitación frontal
Las precipitaciones frontales se presentan al paso de los frentes fríos, los que son más numerosos durante la estación de invierno, en verano no se producen frentes fríos. La llegada de una masa de aire frío y su contacto con la masa de aire cálido existente da lugar a la formación de una zona con características de transición y cambios, las que se denominan frentes fríos.(13) 5.2.2.- Obras de captación Una vez reconocida la fuente de abastecimiento de agua debe procederse a la planificación y diseño de la obra de captación, la que deberá cumplir con las características técnicas que garanticen el buen funcionamiento hidráulico del sistema, sin obviar las condiciones económicas. El control necesario en el punto de extracción del agua viene determinado en gran medida por las características de la fuente de agua y por el método de tratamiento adoptado en cada caso si fuese necesario.(4)
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5.2.2.1. - Obras de captación de aguas superficiales Suelen ser obras hidráulicas como las presas, los canales y las reservaciones de regulación. Las presas se construyen sobre el paso de corrientes de agua y su función es principalmente elevar el nivel del agua para construir tomas, que desvíen el agua hasta un tanque de almacenamiento para su posterior distribución. El término canal se refiere a un gran conducto abierto de pendiente suave, estos conductos pueden ser revestidos y no revestidos con concreto, pasto, madera, materiales bituminosos o una membrana artificial. Los canales abiertos pueden clasificarse como naturales o artificiales, los naturales se refieren a todos los canales que han sido desarrollados por procesos naturales dentro de esta categoría están los riachuelos grandes y pequeños ríos, los canales artificiales incluyen todos los que han sido construidos y controlados por los propios dueños de las propiedades. Reservaciones de regulación es el caudal de un curso de agua que sufre variaciones con el tiempo llegando a veces a secarse en la época seca, este tipo de reservorio puede ser utilizado para poder abastecer a una ciudad, siempre y cuando su descarga anual supere al consumo anual y se construya una represa tomándose en consideración las pérdidas representadas por el volumen de agua que se evapora, la que se infiltra en la cuenca y los reboses que ocurren en la represa. La finalidad de la represa de regulación nada más es reservar el agua en los periodos de lluvia para liberarlos en la época seca.(4) 5.2.2.2. - Obras de captación de agua de manantial Debido a su pequeño rendimiento y a la dificultad de obtener una protección sanitaria satisfactoria un manantial de depresión por gravedad no puede ser recomendable para el abastecimiento público. Sin embargo, la presencia de un manantial de esta naturaleza indica la presencia de agua subterránea a poca profundidad, la cual puede ser extraída usando drenos o pozos excavados a los cuales se le puede cubrir y proteger contra la contaminación. Se pueden captar los manantiales de depresión por gravedad en formaciones de rocas granulares con drenos, consistentes en tubos con acoplamientos abiertos colocados en un relleno de grava, los drenos deben colocarse a una profundidad tal que el estrato saturado por encima de ellos actúa como un reservorio de almacenamiento que compensa las fluctuaciones del nivel freático. El agua recolectada de un dreno descarga en una cámara de almacenamiento, la cual a veces es referida como caja de manantial. Para proteger el manantial es necesario cavar en las laderas de tal forma que se tome el agua de una profundidad adecuada del estrato acuífero.(14) 5.2.2.3. - Obras de captación de aguas subterráneas Se entiende por captaciones subterráneas la cantidad de agua que se extrae de la corteza terrestre utilizándose, cajas de protección, galerías filtrantes, drenos y pozos. Las cajas de protección son dispositivos para proteger la fuente y facilitar la toma de agua, si el afloramiento del agua ocurre en un solo punto la caja de toma tendrá dimensiones mínimas. Las galerías filtrantes constituyen un medio para la captación del manto freático, generalmente este tipo de obras son hechas en lugares donde existe una humedad
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relativamente alta abriéndose una excavación trapezoidal a fin de evitar la penetración de arena en la tubería el agua captada es conducida a una caja colectora.(12) Los drenos representan una modalidad de captación de agua del nivel freático que aflora en varios puntos del terreno sobre todo en el fondo de los valles, los drenos son hechos de tubos provistos de orificios a través de los cuales el agua tiene libre escurrimiento. Los pozos son estructuras hidráulicas debidamente diseñadas y construidas que permiten extraer el agua de una formación acuífera, estos se clasifican a su vez en dependencia del tipo de acuífero. Los pozos artesianos o surgentes son aquellos que se abastecen de los acuíferos confinados o artesianos, el flujo en estos acuíferos se produce a través de dos estratos impermeables por lo cual está sometido a presiones mayores que la atmosférica.(5) 5.2.2.4. – Obras de captación para aguas pluviales El agua de lluvia es interceptada, colectada y almacenada en depósitos para su posterior uso, en la captación del agua de lluvia con fines domésticos se utiliza la superficie del techo como captación, conociéndose a este modelo como sistema de captación de agua pluvial en techos (SCAPT). Este modelo tiene un beneficio adicional y es que además de su ubicación minimiza la contaminación del agua, siendo sus elementos principales: •
Captación
La obra de captación está conformada por el área de techo de la edificación, la que debe tener la superficie y pendiente adecuadas para que facilite el escurrimiento del agua de lluvia hacia el sistema de recolección. Para el cálculo se debe considerar solamente la proyección horizontal del techo. (Figura 5.2.2.4-a) •
Recolección y conducción
El sistema de recolección y conducción está compuesto por las canales que van unidas en los bordes más bajos del techo, en donde el agua tiende a acumularse antes de caer al suelo, estos canales son fijados al techo con alambre; madera; y clavos. El material utilizado en la unión de los canales no debe contaminar el agua con compuestos orgánicos o inorgánicos. En el caso de que la canaleta llegue a captar materiales indeseables, tales como hojas, excremento de aves, etc. el sistema debe tener mallas que retengan estos objetos para evitar que obturen la tubería o el dispositivo de descarga de las primeras aguas. Este componente es una parte esencial de los SCAPT ya que conducirá el agua recolectada del techo directamente hasta el tanque de almacenamiento. •
Interceptor
El interceptor es conocido como dispositivo de descarga de las primeras aguas provenientes del lavado del techo, este dispositivo impide que el material indeseable ingrese al tanque de almacenamiento para minimizar la contaminación del agua almacenada. En el diseño del interceptor se debe tener en cuenta el volumen de agua requerido para lavar el techo que se estima en 1 litro por m2 (figura 5.2.2.4. - b). El volumen de agua resultante del lavado del techo debe ser recolectado en un tanque de plástico. Este tanque debe diseñarse en función del área del techo para lo cual se podrán
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emplear recipientes de 40, 60, 80 ó 120 litros, para áreas mayores de techo se utilizarían combinaciones de estos tanques para captar dicho volumen.(7)
Captación
Recolección Almacenamiento
Interceptor de primeras aguas
Figura 5.2.2.4-a Sistema de captación de agua pluvial en techos
Viene del sistema de canaletas Al tanque de almacenamiento Tee 3” Tubería 3”
Niple 2”
Cuando el tubo de 4” está lleno la bola de jobo tapa la entrada dirigiendo el agua al tanque. Cuando el tubo de 4” esté lleno la bola comienza a ascender
Reducción 4-2” Bola de Jobo
Tanque de Plástico
Tubería de 4” Codo 2”
Salida de agua
Figura 5.2.2.4-b Detalle de interceptor de primeras aguas
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5.2.3.-Métodos y dispositivos de aforo La capacidad de medir los caudales de agua para consumo humano es de vital importancia a la hora de proyectar los sistemas de abastecimiento. Los dos métodos importantes de aforo son la medición de Descarga directa y la medición de velocidad área. 5.2.3.1. - Métodos de descarga directa Los métodos de descarga directa son aquellos en que la magnitud de la descarga está en función de una o dos variables fácilmente medibles. •
Medición por vertederos
La medición por vertederos es uno de los métodos más exactos, siempre y cuando las condiciones bajo las que se determinaron los coeficientes de descarga de cierto tipo de vertedero se produzcan aproximadamente en los aforos, los tres tipos de vertederos más comunes son: -
Vertederos rectangulares
El vertedero rectangular es una estructura de rebose con una entalladura, la cual se coloca transversalmente en un canal y perpendicular a la dirección del flujo, este es denominado vertedero con contracción, si se amplía la longitud de la cresta con la anchura del canal quedan suprimidas las contracciones laterales y el vertedero se denomina sin contracción lateral. La ecuación general para el cálculo de la descarga de un vertedero es: 2
Q = Cd 3 ⋅ 2 ⋅ g ⋅ L ⋅ h
2
3
donde: Q: caudal (m3/s) Cd: coeficiente de descarga g: aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2 L: longitud de la cresta del vertedero (m) h: carga sobre la cresta del vertedero (m) Para vertederos sin contracción despreciando, la velocidad de aproximación se utiliza la ecuación de Francis. 2 Q = 1.84 ⋅ h 3 -
Vertederos triangulares
La ecuación básica para el cálculo del caudal descargado por un vertedero triangular es: 8 ⎛θ ⎞ 5 Q = C d ⋅ ⋅ 2 ⋅ g ⋅ tan⎜ ⎟ ⋅ h 2 15 ⎝2⎠
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donde: θ: ángulo de entalladura, grados (°) Para un vertedero triangular en el que θ es 90° (es decir tan θ/2 =1), se ha encontrado experimentalmente que la descarga puede calcularse mediante la siguiente ecuación: Q = 1.38 ⋅ h
-
5
2
Vertederos trapezoidales
El vertedero trapezoidal difiere del rectangular en que sus lados están inclinados en lugar de ser verticales, por lo general se da a los lados de inclinación 1:4 horizontal, debido a que esta inclinación de pendiente es suficiente para compensar el efecto de las contracciones laterales es conocido como vertedero de Cipolleti, cuya ecuación es: Q = 1.859 ⋅ L ⋅ h
3
2
donde: L: longitud de la cresta del vertedero •
Medidor venturi
El medidor venturi se utiliza para medir caudales en conducciones cerradas, consta de tres partes: -
Un cono de entrada, en el cual el diámetro de la tubería se reduce gradualmente. La garganta o sección contraída. El cono de salida en el cual la tubería aumenta gradualmente hasta el de la tubería en la que se inserta el medidor.
La ecuación de la descarga a través de un venturi se deriva de la ecuación de Bernoulli para un medidor horizontal la ecuación apropiada es:
Q=
A1 ⋅ A2 ⋅ 2 ⋅ g ⋅ (h1 − h2 ) A12 − A2 2
donde: A1: es la sección en el extremo aguas arriba (m2) A2 sección de la garganta (m2) h1,h2: alturas de presión (m) •
Otros métodos alternativos de descarga directa
-
Método volumétrico
Es un método muy simple de medir el caudal, controlando el tiempo en que se llena un recipiente de capacidad conocida. El caudal se obtiene al dividir la capacidad del recipiente empleado entre el tiempo que se requiere para llenarlo.
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-
Medidor de agua:
Son instrumentos ocupados con pequeñas turbinas que registran los volúmenes de agua consumidos por usuarios determinados, estos instrumentos registran el agua consumida de forma acumulada, efectuando lecturas a intervalos de tiempo constante, por simples diferencias de lecturas se puede establecer el volumen de agua consumida por unidad de tiempo. 5.2.3.2 - Métodos de velocidad área
Utilizando el método de velocidad área, se determinará el caudal multiplicando la velocidad del flujo (m/s) por la superficie de la sección recta (m2), a través de la que circula el caudal, los principales métodos y aparatos utilizados. •
Molinetes
Las mediciones con molinetes se utilizan para la determinación con precisión la velocidad del flujo en grandes cursos de agua, siempre y cuando no haya materias suspendidas que puedan obstruir el medidor. Los aforos de flujo pueden realizarse siguiendo diversos métodos, un solo punto, dos puntos, puntos múltiples, integración por secciones e integración de una sola sección. El método de un solo punto mantiene el medidor a una profundidad de 0.6 veces el calado de la corriente y en el centro de la misma, el resultado se supone indicativo de la velocidad media del flujo pero no deja de ser una aproximación general, adecuada solamente para observaciones rápidas que no pretenden ser exactas. El método de dos puntos observa la velocidad a 0.2 y 0.8 del calado de la corriente, tomándose el promedio de estos dos valores para representar la velocidad media en la sección vertical, la corriente puede dividirse en varias secciones verticales y la velocidad media de cada una de ellas se determina por este método. 5.2.3.3. - Medición de la precipitación La precipitación se mide por la altura que alcanzaría sobre una superficie plana y horizontal donde no se pierde por filtración o evaporación. Existen aparatos para medir la cantidad y la intensidad de la precipitación, los que miden la cantidad de precipitación se denominan pluviómetros y los que miden la intensidad se denominan pluviógrafos. El pluviómetro es cualquier recipiente abierto cuyos lados sean verticales, es utilizado para medir la lluvia, sin embargo debido a los efectos del viento y salpicado las mediciones no son comparables a menos que sean de la misma forma y tamaño, el área de captación es normalmente diez veces mayor que el área del recipiente, con el objeto de que por cada milímetro de lluvia, se deposite un centímetro en el recipiente de este modo es posible hacer lecturas a simple, el pluviómetro estándar tiene un colector con un diámetro de 20 cm, la lluvia pasa del colector a un tubo cilíndrico medidor, que esta dentro del recipiente de vertido, se coloca en el embudo un par de mallas para evitar la entrada de basura u otros objetos.(13)
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5.2.4. - Línea de conducción
Es el conjunto de ductos, obras de arte y accesorios destinados a transportar el agua procedente de la fuente de abastecimiento, formando el enlace entre la obra de captación y la red de distribución. Se le deberá proveer de los accesorios y obras necesarios para su buen funcionamiento, con forme a las presiones de trabajo especificada para las tuberías, tomándose en consideración la protección y mantenimiento de las mismas.(4) 5.2.4.1. - Conducción por gravedad En el diseño de la línea de conducción por gravedad se dispone para transportar el caudal requerido aguas abajo, de una carga potencial entre sus extremos que puede utilizarse para vencer las perdidas por fricción originadas en el conducto al producirse el flujo.(1) 5.2.4.2. - Conducción por bombeo En el diseño de una línea de conducción por Bombeo se hará uso de una fuente externa de energía, para impulsar el agua desde la toma hasta la altura requerida, venciendo la carga estática y las perdidas por fricción originadas en el conducto al trasladarse el flujo.(1) 5.2.5. - Almacenamiento
Los depósitos para el almacenamiento en los sistemas de abastecimiento de agua, tienen como objetivos suplir la cantidad necesaria para compensar las máximas demandas que se presentan sobre su vida útil, brindar presiones adecuadas en la red de distribución y disponer de reserva ante eventualidades e interrupciones en el suministro de agua. •
Capacidad
El tanque deberá tener la capacidad de aportar el volumen necesario para compensar las variaciones horarias de consumo, se estimará en 15% del consumo promedio diario, mantener un volumen de reserva para eventualidades en caso de emergencia, y reparaciones en la línea de conducción u obra de captación. Se estimará igual al 25% del consumo promedio diario, de tal manera que la capacidad del tanque de almacenamiento se estimará igual al 40% del consumo promedio diario total. •
Localización
El tanque de almacenamiento debe estar localizado en zonas próximas al poblado, tomándose en cuentas la topografía del terreno, de tal manera que brinden las presiones de servicio aceptable a los puntos de distribución.(11) •
Clases de tanques
Se recomienda construir tanques de mampostería en aquellas localidades donde se disponga de piedra bolón, piedra cantera y otros. No deberán tener una altura mayor de 2.5 m. Para emplear tanques de hormigón armado se debe considerar la permeabilidad del terreno y no deberá tener alturas mayores de 3 m.
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Se propone construir tanques de acero cuando en la localidad no se disponga de materiales locales como en los casos anteriores y por razones de requerimientos de presiones de servicio. •
Tipos de tanques
Los tipos de tanque pueden ser sobre suelo y sobre torre y su implementación depende de las características topográficas del terreno. -
Tanque sobre el suelo
Se emplea cuando la topografía del terreno lo permite y en comunidades rurales que dispongan de materiales de construcción como piedra bolón, cantera y otros, considerarse lo siguiente: la entrada y salida del agua sea por tuberías separadas, ubicadas en los lados opuestos con la finalidad de permitir la circulación de agua. Debe considerarse un by-pass de tal manera que permita mantener el servicio mientras se efectúe el lavado o reparación del tanque. La tubería de rebose descargará libremente sobre una plancha de concreto para evitar la erosión del suelo. Se recomienda que los tanques tengan una altura máxima de 3.0 m, con un borde libre de 0.5 m y deberán estar cubiertos con una losa de concreto. -
Tanques elevados
Se construyen en puntos en los cuales se necesita mantener las presiones residuales normadas estos son fabricados generalmente de acero, debe considerarse lo siguiente: el nivel mínimo del agua en el tanque debe ser capaz de lograr presiones adecuadas en la red de distribución, emplear la misma tubería de entrada y salida del agua, en el caso que el sistema fuese del tipo Fuente-Red-Tanque, se considerarán accesorios como escaleras, dispositivos de ventilación, acceso con su tapadera, indicador de niveles. 5.2.6. - Estación de bombeo
La estación de bombeo consta de una caseta con área mínima de 4 m2, en donde se ubican las bombas y las unidades impulsoras con el fin de protegerlas de la intemperie. Se deben tomar en cuenta las normas de seguridad en caso de que se encuentren cerca de líneas eléctricas de alto voltaje, depósitos de gasolina o diesel, sustancias químicas tóxicas o soluciones de cloro y la entrada a personas no autorizadas, el montaje de las bombas y mecanismos impulsores debe hacerse sobre bases sólidas de hormigón. Los motores eléctricos se ubicarán por lo menos 15 cm sobre la altura del suelo para aislarles de la humedad. 5.2.6.1. - Bombas Se le llama bomba hidráulica a toda máquina capaz de adicionar energía hidráulica a una corriente líquida. Las bombas pertenecen a la familia de las máquinas hidráulicas. Estas se clasifican en dos grandes grupos; bombas de desplazamiento positivo, bombas rotatorias dentro de las cuales se encuentran las bombas centrífugas y bombas de flujo mixto.(17) 5.2.7. - Red de distribución
Sirve para conducir el agua extraída desde la fuente, hasta el punto en donde se distribuye a los usuarios. Para abastecimientos de agua a pequeñas comunidades debe mantenerse la simplicidad del sistema de distribución y de cualquier provisión para el almacenamiento de
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agua, el diseño debe satisfacer los requerimientos domésticos y otras necesidades de agua. Las redes de distribución pueden ser: •
Sistemas de distribución ramificados
Los sistemas de distribución ramificados se usan sólo para abastecimientos públicos porque tienen la ventaja de que su diseño es directo, además se puede determinar fácilmente la dirección y la tasa de flujo de agua en todas las tuberías. •
Sistema de redes cerradas
Los sistemas de redes cerradas son comunes en grandes sistemas de distribución, estos pueden alimentar la tubería secundaria desde dos lados. En general una red cerrada tiene un aro de tuberías principales a las cuales se conectan las tuberías secundarias. (4) 5.3.- CRITERIOS DE DISEÑO PARA LA LÍNEA DE CONDUCCIÓN Y RED DE DISTRIBUCIÓN (11) 5.3.1 - Coeficientes de flujo “C” para la ecuación de Hazen Williams
La ecuación de Hazen permite determinar la pérdida de energía cuando se transporta un flujo de agua a través de una tubería a presión. 1.852
⎛Q⎞ hf = 10.64 ⋅ ⎜ ⎟ ⎝C ⎠
⋅
L D
4.87
donde: Q: C: L: D:
caudal transportado (m3/s) coeficiente de rugosidad de la tubería (adimensional) longitud de la tubería (m) diámetro de la tubería (m)
El coeficiente de fricción de Hazen Williams (C) es 150 para tuberías PVC y 100 para tuberías de Hierro Galvanizado (HG). 5.3.2. - Presiones residuales en el sistema
Debe diseñarse el sistema para obtener presiones residuales no mayores de 70 mca ni menores de 5 mca. 5.3.3. - Velocidades de flujo en el sistema
El rango de velocidades permisibles en las tuberías es de 0.3 m/s – 3 m/s 5.3.4. - Factores de máxima demanda
•
El consumo promedio diario (CPD), es el promedio del consumo por día de un año de registro y depende numéricamente de la población a abastecer y la dotación asignada.
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•
El consumo promedio diario total (CPDT), es el consumo total de la población proyectada, este valor considera el porcentaje de pérdidas de caudal en las tuberías por malas conexiones, desperfectos en válvulas y otras fugas más el consumo promedio diario proyectado.
•
El consumo máximo diario (CMD), expresa la variación diaria de la demanda en un año de registro. Esta variación depende de otros factores, como la variación estacional del clima, la situación del trabajo y a situaciones de orden cultural y religiosa. Por lo general se estima la demanda de máximo día añadiendo un porcentaje al consumo promedio diario total, el cual dentro de las normas nicaragüenses no debe exceder el multiplicador de 1.5 veces el consumo promedio diario total.
•
El consumo de máxima hora (CMH), determina la variación horaria de la demanda durante el día, que con frecuencia es mucho mayor que la variación del consumo de máximo día (CMD). Se puede estimar el consumo máximo horario en función de un multiplicador que según las normas nicaragüenses no debe exceder 2.5 veces el consumo promedio diario total.
5.3.5. - Presión máxima de trabajo a utilizar según el tipo de tubería
Las presiones en las tuberías de PVC varían en función del SDR de la tubería, SDR 40 (63 mca), SDR 32.5 (80 mca), SDR 26 (100 mca), SDR 17 (155 mca) y en tuberías de hierro galvanizado SD 40 (490 mca). 5.3.6. – Pérdidas en el sistema
Son las pérdidas que se presentan en cada uno de sus componentes y se conocen como fugas y desperdicios, esta cantidad de agua se expresa como un porcentaje del consumo promedio diario fijado en un 20%. 5.4. - CALIDAD DEL AGUA
La relación entre la calidad del agua y los efectos en la salud ha sido estudiada para cada una de las características de la misma. Un examen de la calidad del agua es básicamente una determinación de los organismos y de los compuestos minerales y orgánicos contenidos en ella. En la mayoría de los países los principales riesgos para la salud humana es el consumo de agua contaminada con organismos patógenos.(2) Los requerimientos básicos para el consumo de agua potable son los siguientes: • • • • •
Libre de organismos patógenos (causante de enfermedades). No contener compuestos que tengan un efecto adverso, agudo o crónico sobre la salud humana. Aceptablemente clara (por ejemplo, baja turbidez, poco color). Que no tenga compuesto que causen sabor u olor desagradables. Que no cause corrosión o incrustaciones en el sistema de abastecimiento de agua.(6)
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5.4.1. - Aspectos bacteriológicos
Los principales riesgos asociados al consumo de agua potable son las enfermedades infecciosas relacionadas con la contaminación fecal. El parámetro más importante de la calidad del agua potable son las características bacteriológicas (contenido de bacterias y virus). Se examina el agua para descubrir la presencia de un tipo específico de bacterias que se originan en gran número en las excretas, animal y humano, cuya presencia en el agua es indicativa de contaminación fecal. Tales bacterias indicativas deben ser específicamente fecales y no de vida libre fuera de las heces. Las bacterias fecales pertenecen a un grupo mayor de bacterias, las coliformes. Muchos tipos de bacterias coliformes están presentes en el suelo. Aquellos coliformes conocidos como Escherichia-coli (E-coli) y Estreptococo fecal son bacterias indicadoras de contaminación fecal, que se reproducen con facilidad. Cuando se encuentran estas bacterias en el agua, ello indica una contaminación fecal bastante fresca y sobre esta base que exista la posibilidad de la presencia de bacterias patógenas y virus.(6) 5.4.1.1.- Microorganismos indicadores. • • • •
Deben estar universalmente presentes en gran número en las heces de los seres humanos y los animales de sangre caliente. Deben ser fáciles de detectar por métodos sencillos. No deben desarrollarse en el agua en condiciones naturales. Escherichia-Coli (E- Coli)
La E- Coli es un miembro de la familia de las entero bacteriaceas abunda en las heces humanas y de animales, en las heces frescas puede alcanzar concentraciones de 109/ gramo, desarrollándose a temperaturas entre 44 °C–45 °C, pero en algunas cepas puede desarrollarse a 37 °C. Se encuentra en las aguas residuales, efluentes tratados y todas las aguas naturales, los suelos sujetos a contaminación fecal reciente ya sean de origen humano, de animales o de actividades agrícolas. -
Bacterias coliformes (Coliformes Totales)
Las bacterias coliformes o coliformes totales se aplica a las bacterias gramnegativas, de forma de bastoncillo, comprende las bacterias coliformes fecales y no fecales, en los abastecimientos de agua tratada no deben encontrarse bacterias coliformes totales, y si se encuentran constituyen un indicio de tratamiento insuficiente, contaminación posterior al tratamiento o presencia excesiva de nutrientes. La prueba de coliformes totales se puede utilizar como indicador de la eficiencia del tratamiento. -
Estreptococos fecales
Los estreptococos se encuentran generalmente presentes en las heces de los seres humanos y de los animales, raramente se multiplican en el agua contaminada y son más persistentes que la E. Coli. Su valor principal en el examen de la calidad del agua es como indicadores al sistema de tratamiento (2).
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5.4.2. - Aspectos físico-químicos
5.4.2.1-Medición del potencial de hidrógeno (pH) Es importante medir el pH al mismo tiempo que el cloro residual ya que la eficacia de la desinfección con cloro depende en alto grado del pH, cuando este valor se pasa de 8 la desinfección es menos eficaz. 5.4.2.2. –Parámetros estéticos u organolépticos Los parámetros estéticos u organolépticos pueden ser detectados mediante los sentidos estos son la turbiedad, el color, el sabor y el olor. •
Turbiedad
La turbidez es uno de los parámetros más importantes en el tratamiento del agua, ya que sobre la base del pH del agua y la turbiedad se estima la dosificación con coagulantes metálicos tales como el sulfato de aluminio y las sales de hierro. La turbiedad está principalmente formada por arcillas en dispersión. El termino arcilla comprende una gran variedad de compuestos, pero en general se refiere a la tierra fina (0.002 mm de diámetro de grano o menos), a veces coloreada que adquiere plasticidad al mezclarse con cantidades limitadas de agua. Químicamente son silicatos de aluminio con formula bastante compleja. El valor máximo de turbiedad recomendado es de 5 NTU. •
Color:
El color en el agua puede deberse a la presencia de materiales orgánicos coloreadas, por ejemplo, sustancias húmicas, de metales como el hierro y el manganeso, o de desechos industriales muy coloreados. El límite máximo admisible para el color es de 15 UC. •
Dureza
La dureza puede ser causada por el calcio y en menor grado el magnesio disueltos en el agua produce incrustación. El valor admisible no está especificado por la norma. •
Hierro
Las concentraciones de hierro por encima de 1.0 mg/l, pueden afectar el sabor y la apariencia del agua. Sin embargo la norma establece 0.3 mg/l, con el objetivo de vetar corrosión en la tubería. •
Fluoruro
La presencia de fluoruro con valores mayores de 1.5 mg/l, producen fluorosis dental y menores de 0.7 mg/l, caries dentales. El valor recomendado por la norma es entre 0.7 mg/l – 1.5 mg/l.
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•
Nitratos
Se deben principalmente a insumos utilizados en la agricultura la descarga de aguas residuales domésticas e industriales que contienen altos contenidos de nitratos. El límite máximo admisible según la norma es de 50 mg/l. 5.4.3. – Desinfección
La calidad microbiológica del agua potable se puede mejorar considerablemente protegiendo la fuente y tratando el agua cruda, en particular si se emplea el filtrado lento de arena. Sin embargo en los casos en que las aguas crudas no son siempre de gran calidad, es indispensable aplicar alguna forma de desinfección para poder tener la seguridad de que el agua es inocua desde el punto de vista microbilógico. Siempre que la calidad física y química del agua sea aceptable. La desinfección constituye el medio más eficaz de reducir el número microorganismos en el agua potable. Los métodos de desinfección pueden ser físicos o químicos. Entre los métodos físicos figuran la ebullición y la irradiación ultravioleta (UV); entre los métodos químicos figura la adición de ozono, pero más comúnmente la de cloro y sus derivados. Normalmente el proceso de desinfección se utiliza como parte de una serie de operaciones de tratamiento que conforman una planta. En su forma más simple se aplica como único tratamiento de las aguas naturales de buena calidad. Cuando la desinfección forma parte de un complejo proceso de tratamiento, su empleo se basa en los siguientes criterios. Pre-desinfección: para reducir el contenido inicial de contaminantes microbiológicos en el agua cruda. Post-desinfección: se aplica después del tratamiento principal formado por aireaciónfloculación, sedimentación y filtración. El cloro es el agente oxidante que reacciona rápidamente con la materia orgánica e inorgánica presente en el agua. La cantidad de cloro necesaria para las reacciones con otros compuestos (principalmente el amoniaco, algunos iones metálicos y compuestos inorgánicos) recibe el nombre de demanda de cloro del agua. La dosis de cloro debe ser suficiente para satisfacer la demanda y al mismo tiempo producir un exceso de cloro que no ha reaccionado, conocido con el nombre de residuo libre. Se recomienda un residuo libre de 0.5 mg/l, con un tiempo de contacto mínimo de 30 minutos y una turbiedad del agua de menos de 5 UNT (turbiedad ideal menos de 1 UNT). La demanda de cloro en algunas aguas puede aumentar en momentos de intensa contaminación, particularmente después de una lluvia. La filtración es un proceso mediante el cual se purifica el agua haciéndola pasar a través de un material poroso. En la Filtración lenta de arena se usa un lecho de arena con granulometría definida a través del cual el agua pasa lentamente hacia abajo. Debido a la granulometría del material filtrante los intersticios son pequeños, el propósito principal de la filtración lenta es la remoción de organismos patógenos del agua cruda, en particular las bacterias y los virus responsables de la transmisión de enfermedades en el agua. (6)
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VI.- MATERIAL Y METODO 6.1. - GENERALIDADES 6.1.1. - Area en estudio
El proyecto esta ubicado en la ruta Managua-Rivas (km 50) en el sitio conocido como empalme “El Guanacaste”. Geográficamente, la Reserva Natural Volcán Mombacho está ubicada en el cuadrante latitud norte 11°50′ y longitud oeste 85°59′. La zona en estudio presenta un alto potencial de desarrollo eco-turístico, además de las actividades agrícolas que se llevan a cabo en las fincas, tal como el cultivo de café con sombra. Este estudio comprende el suministro de agua para las fincas aledañas a la Reserva Natural Volcán Mombacho establecida por decreto en septiembre de 1983. Figura 6.1-a: Microlocalización del Proyecto (sin escala)
La Esperanza
La Trinidad Santa Teresa
Manantial del “Túnel”” El Cráter
Santa Ana El Progreso Estación Biológica
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6.1.2. - Levantamiento topográfico
El terreno en estudio es bastante accidentado, presenta fuertes pendientes por estar ubicado en las faldas del volcán Mombacho. El levantamiento topográfico se realizó con equipo de GPS (global positioning system). El recorrido se hizo a partir de la caja de distribución del manantial hasta cada una de las fincas, tomando en cuentas para el levantamiento la ubicación de la línea de conducción actual. (La alineación topográfica puede verse en el anexo C.19C.22). 6.2. - ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO PARA LAS FINCAS 6.2.1. – Manantial del “Túnel”
6.2.1.1. - Construcción de la obra de captación Se diseñó y construyó la obra de captación en el período comprendido entre el 24 de febrero al 8 de marzo del 2003 con el fin de reducir las pérdidas de caudal producto de la infiltración, y el escurrimiento, además de mantener las condiciones sanitarias necesarias e impedir el contacto entre la fuente de suministro de agua y algunos contaminantes como desechos orgánicos (hojas, ramas, flores, etc.) y demás organismos del ecosistema. Con el fin de reducir costos se emplearon materiales existentes en las zonas aledañas tales como: piedra bolón, hormigón, madera y otros. La superficie de captación del agua del manantial del “Túnel” consta de 8.76 m2 y la altura del muro que la rodea es de 40 cm. El agua es captada a través de un tubo de PVC de ∅3” con perforaciones de ∅5 mm dispuesto en forma triangular a cada 5 cm de espaciamiento. La obra esta provista de un lecho filtrante de grava con un diámetro promedio entre 15 y 20 mm (Ver Anexo A.1). 6.2.1.2 - Instalación de la nueva línea de conducción Se cambió la tubería de conducción que conecta el manantial del “Túnel” con la caja de distribución por medio de tubos de PVC ∅3” SDR 26. 6.2.1.3-Caracterización físico-química y bacteriológicas de las aguas del manantial. Se determinaron las características bacteriológicas y físico-químicas del agua del manantial para establecer si cumple con las normas de calidad de agua potable (CAPRE), por esta razón se realizaron cuatro muestreo, se tomaron dos muestras en la estación seca y la estación lluviosa, tomando en cuenta los meses de marzo, abril, junio y julio Los parámetros de las 4 muestras fueron analizados en los laboratorios del CIEMA, UNI-BIOMASA y MAGFOR (Ver Anexo I). 6.2.1.4.- Tratamiento del agua •
Diseño del filtro lento de arena
Se diseñó un filtro lento de arena, utilizando una capa de arena con un diámetro efectivo dentro del rango 0.15-0.35 mm y un coeficiente de uniformidad ≤ 2. Además se estableció una tasa de infiltración de 7.20 m3/m2 día, atendiendo las Normas Técnicas para el Diseño de Abastecimiento y Potabilización del Agua (Ver anexo B.1).
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Para implementar el método de filtro lento de arena se verificó que la calidad del agua a filtrarse cumpliera en época seca y lluviosa los límites de aplicación del proceso. Para ello se consideró lo siguiente: Parámetro Color Turbiedad
Valor máximo < 50 Unidades < 50 Unidades
La tasa de filtración es otro aspecto importante a considerar, está en dependencia de la Turbiedad Turbiedad Tasa (m3/m2 día) 10 7.20-20.40 50 4.8 50-100 2.4
Se utilizó grava de soporte en cuatro capas como se muestra a continuación: Capa 1 (fondo) 2 3 4
•
Tamaño (Pulg) 1-2 1/2-1 1/4-1/2 1/8-1/4
Espesor (m) 0.10-0.12 0.08-0.10 0.05-0.010 0.05-0.10
Diseño de la pila de cloración
Debido a los resultados del análisis bacteriológico realizado al agua del manantial del “Túnel” que presentó 2.0 *10 (NMP/100 ml) de contaminación por coliformes fecales en la caja de distribución, aumentando el grado de contaminación a 3.0*102 (NMP/100 ml) en el recorrido hasta la hacienda Santa Ana, se diseño una caja de cloración. Es importante mencionar que la caja existente no reúne las condiciones necesarias para implementar el método de cloración por lo que se dimensionó una nueva caja. Esta caja permite una buena mezcla entre el cloro y el agua, está provista de un dispositivo de aforo (vertedero triangular de pared delgada) para el control del flujo y una pequeña cámara de aquietamiento y distribución. Se recomienda el cambio de las tuberías de distribución hacia las fincas como parte de la solución al problema de la contaminación fecal (En los anexos A.2 y B.2 se muestran los planos y cálculos de diseño respectivamente). Para el cálculo de la dosificación de cloro, se consideraron los siguientes parámetros: Desinfectante: hipoclorito de sodio: 3 % (30,000 mg/lt) Volumen del bidón: 10 gal (37.85 lts) Concentración de agua y cloro en el bidón: 0.5% (5,000 mg/lt) Cloro residual en la tubería: 1.5 mg/l Caudal de la fuente: 15.85 GPM (1 lps = 60 lt/min) Se tomó en cuenta además el gasto máximo aportado por el manantial durante el período lluvioso como caudal base para el dimensionamiento de la caja de cloración obteniéndose los siguientes resultados:
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Dosis del hipoclorador: 360 gotas/min Volumen de cloro en el bidón: 6.30 lts El cálculo de la dosificación de cloro se muestra en el anexo B.3. 6.2.1.5. - Aforo de la fuente de abastecimiento Se realizó el aforo de la fuente mediante un medidor de flujo marca AHS modelo ALFA- SJ– SDC, instalado el 14 de marzo del 2,003 a la entrada de la caja de distribución con el objetivo de conocer el caudal aportado por el manantial. La medición del gasto del manantial por medio del medidor fue interrumpida el día 17 de Junio del año en curso, debido a que dentro de la época lluviosa el incremento de caudal ocasionó un flujo a presión en la tubería, la que por la acción de la fuerte pendiente dificultó la instalación y operación del medidor. La lectura en el medidor de flujo se llevó a cabo en un periodo de 24 horas. 6.2.1.6. - Determinación de caudal para la red de distribución por gravedad Para determinar el caudal de diseño de la red de distribución por gravedad desde el manantial del “Túnel” hasta cada una de las fincas, se empleó principalmente el registro de lecturas del medidor de flujo y el aforo volumétrico (Ver Anexo C.10-C.15). Se determinó que el caudal aportado por el manantial del “Túnel” no es constante y la variación del mismo está incidida por la precipitación en la zona. Podemos observar claramente en las gráficas que existe un desfase en las curvas de precipitación con respecto al caudal aportado por en manantial del “Túnel”. Se puede establecer por método de media aritmética simple, apoyados en los gráficos construidos con valores experimentales, en los anexos D.1-D.4, que de cada milímetro de precipitación aflora en el manantial un caudal de agua de 0.40 m3/día, con un tiempo de afloramiento aproximado de 2 días. Debido a que el aporte del manantial no es satisfactorio para la demanda al final del período de diseño y por solicitud de los propietarios de las haciendas el caudal del manantial fue distribuido en partes iguales a cada una de las fincas beneficiadas. 6.2.1.7. - Propuesta de red de distribución manantial del “Túnel” La red de distribución propuesta para la conducción del agua desde el manantial del “Túnel” consiste básicamente en un miniacueducto por gravedad. Debido a la pendiente excesiva del terreno, no es posible la instalación de tuberías de manera continua porque se producen presiones demasiado altas. Por esta razón se consideró como accesorio principal las pilas rompe carga. La pila rompe carga está destinada a reducir la presión a cero (presión atmosférica) mediante la transformación de energía de altura a carga de velocidad. La red de distribución estará compuesta por 6,288 metros lineales de tubería de PVC SDR 26 con 1 ½” de diámetro, una caja de cloración y distribución y 16 cajas rompe presión. (Ver Anexos B.1B.2, A.2, A.3). El dimensionamiento de las cajas rompe carga se hizo basándose en experiencias obtenidas por investigaciones de la Cooperación Suiza de Desarrollo (COSUDE), considerando el caudal que será transportado. El diseño presentado en este estudio es capaz de transportar un caudal máximo de dos litros por segundo y de romper cargas estáticas de 85 m de columna de agua.
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6.2.2. – Red pública ENACAL
Se estudió la posibilidad de usar la red pública de ENACAL como fuente de abastecimiento complementaria para satisfacer la demanda en las fincas. Fue necesario determinar la presión suministrada en el sistema de abastecimiento de agua potable administrado por ENACAL, que se abastece de los pozos “Las Reglas No1” y “Las reglas No 2”. Actualmente la red abastece de agua a las comunidades cercanas al parqueo de la reserva. Basándose en las lecturas de presión y aporte de caudal se determinará si esta fuente puede emplearse como fuente adicional de abastecimiento para las fincas. El equipo empleado para medir las presiones fue suministrado e instalado por ENACAL Granada en la vivienda del Sr. Octavio Antonio Mejía Carchache durante una semana. Se consideró la instalación del medidor de presión, debido a que la vivienda se ubica a la entrada del parqueo de la reserva del volcán y es el sector donde generalmente la red presenta algunos problemas de abastecimiento, por lo que se considera un punto de referencia importante. 6.2.3. – Propuesta de perforación del pozo en la finca “La Esperanza”
En caso de que las fuentes de abastecimiento mencionadas anteriormente no fuesen suficientes para satisfacer la demanda en las fincas, se propone perforar un pozo en la finca “La Esperanza”. Se consideró esta alternativa debido a que se cuenta con información de los pozos cercanos, la que indica que el manto acuífero esta en buenas condiciones. 6.2.3.1-.Proyección poblacional para las fincas en estudio Se realizó el cálculo de población por medio del método geométrico establecido en el capitulo I de las Normas Técnicas para el Diseño de Abastecimiento de Agua de INAA, teniendo en cuenta una taza de crecimiento urbano en las localidades entre 2.5% y 4%. Por las características del estudio se estimará la población con una tasa de crecimiento del 2.5%, debido a que esta no tiene un crecimiento urbanístico típico y a las expectativas del proyecto turístico (Ver Anexo C.16). Según las expectativas del proyecto turístico se espera un crecimiento de infraestructura para un periodo de 10 años donde se construirán 80 cabañas de montaña con albergue para 6 personas cada una, 3 hoteles con 100 habitantes en total cuya capacidad será para dos personas en cada una y 3 restaurantes. Se espera que la población futura sea de 680 personas. 6.2.3.2. - Determinación de caudal para la red de distribución por bombeo Para la estimación del caudal de diseño para la línea de conducción por bombeo se tomaron en cuenta algunas consideraciones como la demanda en las fincas y el consumo turístico esperado en la región. La dotación asignada al consumo en las fincas se determinó por el manual de Normas y Procedimientos Técnicos para la Implementación de Proyectos de Agua Potable y Saneamiento en el Sector Rural Disperso en Nicaragua, donde se establece que para sistemas de abastecimiento de agua potable por medio de conexiones domiciliares y/o de patio se diseñará con un caudal de 15 a 20 galones por persona al día.(Ver Anexo C.18). La dotación para el consumo turístico se estimó con un incremento del 66% de la dotación a las fincas debido a que en la demanda del turismo contemplan el lavado de pisos y el consumo de
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los restaurantes de los hoteles y cabañas de montaña por lo que se espera un consumo mayor que en las fincas (Ver Anexo C.18). •
Consumo promedio diario (CPD)
Se determinó el consumo promedio diario como el producto de la dotación por el número de personas a abastecer. Debido a que se emplearon dotaciones diferentes para los habitantes de las fincas y para el turismo esperado en la zona, se calculó el consumo promedio diario de forma individual (Ver anexo C.18, C19), adicionando luego la demanda turística en las fincas “El progreso” y “Santa Ana”. •
Consumo promedio diario total (CPDT)
Es la adición del consumo promedio diario en las fincas y el consumo promedio diario para la población turística más el porcentaje de pérdidas respectivamente (Ver Anexo C.20) •
Consumo de máxima día (CMD)
Se calculó por medio del producto del factor de máximo día (1.5) establecido por la norma, para el consumo promedio diario total (consumo de las fincas más consumo del turismo), (Ver Anexo C.20). •
Consumo de máxima hora (CMH)
Se estimó el consumo de máxima hora por medio del producto del factor de máxima hora, por el consumo promedio diario total de las fincas más el de turismo. Las normas nacionales limitan el valor del factor de máxima hora al 2.5 veces el consumo promedio diario total. •
Pérdidas en el sistema
Se calculó el volumen de pérdidas en el sistema en función del 20% del CPD calculados individualmente para el consumo en las fincas y el turismo (Ver Anexos C.19, C.18, C.20), calculando el total de las pérdidas mediante la adición de los resultados individuales. 6.2.3.3. - Propuesta de red de distribución por bombeo Para la elaboración del diseño de la red de distribución se consideraron los aspectos asociados al área en estudio principalmente por la topografía del terreno (Ver Anexo A.7-A.8, C.21C.24). Los datos aportados por los levantamientos topográficos permitieron seleccionar el tipo de tubería, tomando en cuenta factores como presión y caudal. •
Consideraciones para perforación de pozo
Al inicio del estudio se planteo la alternativa de utilizar la red de distribución de ENACAL como fuente de suministro para el abastecimiento. Esta alternativa fue descartada debido a que el sistema de distribución de ENACAL actualmente presenta intermitencia en el abastecimiento y asignar más demanda significaría aumentar la ineficiencia de operación que el sistema ya presenta. Por esta razón se sugiere la perforación de un pozo con todos sus accesorios (filtro de grava, sello sanitario y base de concreto),Ver Anexo D.22.
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El pozo de la finca “La Esperanza” tendrá las siguientes características: 400 pies (122.0 m) de profundidad, 10 pulgadas de diámetro de ademe, un abatimiento esperado de 65.6 pies (20.0 m) y una sumergibilidad de 20 pies (6.1 m) para satisfacer la demanda de 50 gpm. De acuerdo a información suministrada por ENACAL de Granada el nivel estático del agua se encuentra a 250 pies (76.21 m), también se tomó en cuenta las referencias de los pozos “Las Reglas No 1” y “Las Reglas No 2” ubicados en Diriomo (Las características de los pozos se muestra en el anexo D.22). •
Línea de conducción
La línea de conducción principal por bombeo tiene una longitud total de 2,050 m (Ver anexo C.24), que estará compuesta por dos estaciones de bombeo en serie debido a que los desniveles existentes, no permiten la implementación de una sola bomba para impulsar el agua hasta el tanque de descarga (Ver Anexo A.8). -
Estación de bombeo No 1
La estación de bombeo No 1, estará ubicada dentro de los límites de la finca “La Esperanza” con una elevación de 436.10 msnm y estará dotada de su caseta de control con un área de 16 m2. La fuente de suministro de agua subterránea será extraída de un pozo perforado de 400 pies (121.95 m) de profundidad y Ø 10” de ademe. La unidad de bombeo No 1 estará compuesta por una bomba sumergible marca GRUNDFOS Americana de acero inoxidable modelo 85S200-16 Caudal 50 GPM@800´ CTD con motor Franklin Electric 20HP 3/60/460 volt, descarga 3” de diámetro 6” cassing y acceso. Se utilizarán una válvula de alivio ∅ 1” HR175, válvula de cheque ∅ 3” HF en la tubería de descarga. Se propone la construcción de un tanque con capacidad de 2m3 sobre una torre de 6 m de altura cercano a la estación de bombeo para el abastecimiento de la finca “La Esperanza” y evitar la sobrepresión y reducir el costo económico, es decir si se abastece la finca desde el pozo húmedo ubicado a los 550 m de elevación, el costo será mayor. -
Estación de bombeo No 2
La estación de bombeo No 2, se ubica dentro de los límites de la finca “La Esperanza”, a una elevación de 550 msnm, estará dotada de su caseta de control con un área de 16 m2. A este nivel se ubicará un pozo húmedo desde donde se rebombeará el agua hasta el tanque de descarga final ubicado a los 770 msnm. La unidad de bombeo No 2 tendrá las mismas características de la estación de bombeo No 1. El equipo de bombeo funcionará de manera automatizada para que la bomba ubicada en el pozo húmedo esté sumergida 50 cm durante el tiempo de apagado de la misma (Ver Anexo B.8). •
Diseño del pozo húmedo
La diferencia entre el nivel estático del agua y el nivel de descarga es de 430 m. La capacidad de los equipos de bombeo seleccionados es de 250 m cada uno, por esta razón es necesario construir un pozo húmedo ubicado a los 550 msnm en donde será instalado el equipo de bombeo No 2, el que permitirá vencer la carga estática total correspondiente a 430 m (Ver
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Anexo B.5). El nivel mínimo en el pozo húmedo es de 1m para garantizar la sumergibilidad de la bomba. Para determinar las dimensiones del pozo se utilizará la siguiente ecuación:
V =
π ⋅d2 4
⋅h
Donde: V: volumen del pozo (m3). d : diámetro del pozo (m). h: altura del pozo (se propone una altura de 3m). El volumen de diseño es de 11.35m3 •
Tanque de descarga
El volumen del Tanque de descarga corresponde al 40% del consumo promedio diario total que se divide en el 25% de volumen compensador y 15% de volumen de reserva establecido por las normas de acueductos rurales de ENACAL, editadas en el año 2001. Por tanto el volumen del tanque de descarga será de 49 m3, su función es almacenar el agua que se ha bombeado desde el pozo húmedo, para posteriormente ser distribuida hacia las fincas por medio de la red de tuberías. El cálculo de las dimensiones del tanque para la descarga se determina mediante la siguiente ecuación: V =
π ⋅d2 4
⋅h
donde: V: volumen del tanque (m3). d : diámetro del tanque (m). h: altura propuesta es de 2 m El cálculo estructural del tanque de descarga y los planos se pueden ver en los anexos (H.1, A.5) •
Modulación de la línea de bombeo
Cuando se modela una línea de bombeo o cualquier otro sistema de agua potable deben tomarse en cuenta las variaciones de demanda a lo largo de un período extendido en el transcurso del día, este período es de 24 horas en la mayoría de los casos. Cada modelo de simulación depende de las características económicas y culturales de la población en estudio que se relacionan directamente con el patrón de consumo de agua de la población. En Nicaragua existen modelos tipificados de la variación de la demanda en algunas ciudades del país. En nuestro caso la modulación del sistema por bombeo se realizó en base al modelo de consumo de la ciudad de Granada, debido a que el consumo máximo está incidido por la demanda turística, la cual adoptará un modelo de consumo urbano. El modelo empleado fue
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obtenido mediante el monitoreo del Ing. Edwin Sandoval y es parte del estudio titulado “Análisis hidráulico de la Red de Agua Potable para la Ciudad de Granada”, la curva expresa las variaciones de la ciudad de correspondiente al mes de octubre de 1996. Según el modelo utilizado existen dos factores picos de máxima demanda a lo largo del día, el primer factor pico se registra a las 6:00 AM y el factor multiplicador es de 1.92 veces el consumo promedio diario total (1.92*CMDT), lo que representa solamente el 76.8 % de la norma de máxima hora establecida (2.5 CPDT) 6.3. - ABASTECIMIENTO DE AGUA EN LA ESTACION BIOLOGICA
La Estación Biológica actualmente cuenta con un sistema de captación de aguas pluviales en techo. Para determinar el Abastecimiento en la Estación Biológica se tomó en cuenta la demanda originada por las personas que se albergan en la misma y la medición de la precipitación por medio de los registros pluviométricos cercanos a la Estación. 6.3.1. - Demanda en la Estación Biológica, Reserva Natural Volcán Mombacho
Para el cálculo de la demanda en la Estación Biológica (agua pluvial) se tomaron en cuenta tres factores principales. La población está representada por el número de personas a alojarse diariamente en la Estación Biológica. La capacidad de albergue de la Estación es de 15 personas como máximo, de las cuales 5 son de personal permanente que labora en la misma y 10 personas entre turistas e investigadores. Para determinar la dotación se estableció que el agua será utilizada únicamente para el lavado de pisos, duchas, lavamanos y para cocinar los alimentos (ocasionalmente). No se utilizará agua para los servicios sanitarios, debido a que existen letrinas aboneras. El agua captada en techos es almacenada en dos tanques, la cual no cumple con algunas características organolépticas (sabor), sin embargo presenta buena calidad bacteriológica, por esta razón no es apta para ingerir sin emplear un sistema de pretratamiento. El agua utilizada para beber es agua purificada. Otro aspecto importante de la Estación Biológica está en servir como centro de investigación y control dentro de la Reserva. Teniendo en cuenta todos estos factores, decidimos asignarle una dotación equivalente a 10 galones por persona al día o 38 litros por persona al día. DEM =
Dot ⋅ N o Per ⋅ N o Dias 1000
donde: DEM: demanda Mensual (m3) Dot: dotación (litros por persona la día) N0Per: número de personas alojadas al día N0Dias: número de días que contiene el mes en estudio De esta manera el producto de la dotación el número de personas alojadas diariamente por el número de días que contiene el mes nos da como resultado la demanda mensual para la estación (Ver Anexo C.7).
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6.3.2. – Determinación de la Precipitación para Estación Biológica
Según la bibliografía para el diseño de sistemas de captación de agua pluvial en techos deben considerarse como mínimo los registros de 10 años de precipitación para el área estudiada y los datos deben tener un alto grado de confiabilidad, deben ser proporcionados por el organismo competente en el país, para nuestro caso los datos en estudio fueron proporcionados por el Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales (INETER), Ver Anexo E. El año de fundación y operación de la Estación Biológica data desde el año 2000, por lo que no se cuenta con registros de datos pluviométricos de 10 años continuos, ni se contemplaba la posibilidad de establecer correlación entre estaciones por medio de los métodos hidrológicos utilizados, “Doble Masa” y “Correlación Lineal”. Debido a esta situación, fue necesario establecer una relación de datos anuales de precipitaciones correspondientes a diferentes estaciones pluviométricas cercanas al área en estudio y ubicadas a diferentes elevaciones. El registro de precipitación anual a diferentes elevaciones permitió crear una base de datos a la cual denominamos Registro Principal. Relacionando los registros anuales de precipitación y la elevación de las distintas estaciones se determinó un modelo lineal para cada año en el registro principal mediante el cual se logró estimar datos faltantes dentro del mismo registro principal (Ver Anexo C.1, Anexos D.5-D.10) el cual una vez completo, realizando un ajuste lineal y conociendo la elevación topográfica de la Estación Biológica nos permitió estimar la precipitación anual para todos los años del registro principal (Ver Anexos C.2, D.7-D.18). Se logró determinar de esta manera que el año más seco comprendido entre 1990 al 2002, fue el año 1991 con una precipitación anual esperada de 912.83 mm (Ver Anexo D.7-D.18). Basándose en el registro pluviométrico existente en la Estación Biológica (Ver Anexo C.3, C.4), se procedió a calcular el promedio de precipitación para los dos años conocidos 2000 y 2001, conociendo el promedio se realizó una distribución porcentual de la precipitación por mes concluyendo que los meses más lluviosos se encuentran entre el período de mayo a octubre (Ver Anexo C.5). Una vez conocido este valor porcentual se realizó la distribución de la precipitación crítica esperada para cada mes observado (Ver Anexo C.6) así que los meses de déficit se encuentran entre el período de noviembre–mayo. 6.3.3. - Volumen de agua pluvial en la Estación Biológica Reserva Natural Volcán Mombacho
Se estimó el volumen de captación de agua en el techo tomando en cuenta la precipitación mínima esperada en la zona correspondiente al evento más seco de un período de 10 años como mínimo, distribuida mensualmente basándose en el registro existente, (Ver anexo C.6) La superficie de captación es de 350 m2, el coeficiente de escorrentía según el material de techo es de 0.9.
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Tabla 6.3.3-a: Coeficientes de escorrentía según material del techo Material del Techo Lámina Metálica Teja de Arcilla Madera Paja
Coeficiente de Escorrentía (Ce) 0.9 0.8-0.9 0.8-0.9 0.6-0.7
El abastecimiento u oferta de agua mensual puede calcularse por la siguiente expresión: Vc =
P(i ) ⋅ Ce ⋅ At 1000
donde: Vc: volumen captado para el mes en estudio (m3) P(i): precipitación del mes en estudio (mm) At : proyección del área de Techo (m2) Ce: coeficiente de Escorrentía En el anexo C.8 se muestra la oferta de agua para la Estación Biológica
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VII. – PRESENTACION Y DISCUSION DE RESULTADOS 7.1. – ABASTECIMIENTO PARA LAS FINCAS CAFETALERAS 7.1.1. - Fuente de abastecimiento manantial del “Túnel”
Por la variabilidad del flujo aportado por el manantial fue necesario determinar el caudal de suministro por el mismo tomando en cuenta meses representativos de la época seca como de la época lluviosa, así como también se determinó la calidad del agua teniendo en cuenta los dos períodos estacionales. 7.1.1.1 – Determinación del caudal del manantial del “Túnel” Se determinó el aporte del manantial del Túnel como se especificó en el acápite 6.2.1.5. Se tomó en cuenta que el manantial no presenta un régimen de flujo constante debido a la incidencia de la precipitación. En los gráficos 7.1.1.1-a, 7.1.1.1-b, 7.1.1.1-c, 7.1.1.1-d, se muestran los valores de caudal aportado por el manantial del “Túnel” contra los datos pluviométricos recopilados en la estación pluviométrica de la Estación Biológica los resultados obtenidos del se muestran en la tabla 7.1.1-a. Tabla 7.1.1.1-a: Registro de caudal promedio mensual aportado por el manantial del “Túnel” en los meses de Marzo-Agosto, 2003. Meses Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto
CAUDAL PROMEDIO MENSUAL l/s gpm m /día 9.05 0.10 1.66 7.40 0.09 1.36 4.12 0.05 0.76 23.77 0.28 4.37 68.86 0.80 12.63 11.25 0.13 9.68 3
Se observó que el incremento del caudal en el manantial del “Túnel”, está incidido directamente por la presencia de precipitación en la zona después del tiempo de recarga que es el período en que el volumen de agua precipitado en la zona alimenta al manantial y se manifiesta como un aumento de caudal en el mismo. El caudal mínimo observado se presenta en el mes de mayo con un caudal equivalente a 0.76 galones por minuto, y el máximo registrado corresponde a 12.63 galones por minuto que se obtuvo en el mes de Junio. El caudal máximo de registro se resultó de la medición puntual correspondiente al 13 de julio del año en curso con un caudal de 29.27 galones por minuto. Se demuestra de esta manera que la fuente de abastecimiento no es suficiente para abastecer la demanda de las fincas que incluye al proyecto eco-turístico por tanto es necesario el abastecimiento total desde una fuente complementaria.
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20.00
20
15.00
15
10.00
10
5.00
5
0.00
0 0
5
10
15
20
25
Precipitación (mm)
3
Q = m /día
Gráfico 7.1.1.1-a Caudal aportado por el manantial del “Túnel” con respecto a la precipitación para el mes de Marzo, 2003
30
Días Caudal del Manantial
Precipitación
3
Q=m /dia
20.00
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
15.00 10.00 5.00 0.00 0
5
10
15
20
25
Precipitación (mm)
Gráfico 7.1.1.1-b Caudal aportado por el manantial del “Túnel” con respecto a la precipitación para el mes de Abril, 2003
30
DIAS Caudal del Manantial
Precipitación
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140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0
40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0
5
10
15
20
25
Precipitación (mm)
Q = m3/día
Gráfico 7.1.1.1-c Caudal aportado por el manantial del “Túnel” con respecto a la precipitación para el mes de Mayo, 2003
30
DIAS Precipitación
Caudal del Manantial
60
120
50
100
40
80
30
60
20
40
10
20
0
Precipitación (mm)
3
Q = m /día
Gráfico 7.1.1.1-d Caudal aportado por el manantial del “Túnel” con respecto a la precipitación para el mes de Junio, 2003
0 0
5
10 DIAS
Caudal del Manantial
15
20 Precipitación (mm)
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Como se observa en cada uno de los gráficos el incremento de precipitación origina un incremento de caudal con un periodo de desfase claramente marcado. De esta manera podemos determinar el incremento de caudal en m3/día por milímetro de precipitación después de un período “t” en horas. Podemos afirmar, de acuerdo a los gráficos, que por cada milímetro de precipitación aflora en el manantial un caudal de 0.40 m3/día, con un tiempo aproximado a 2 días. En el gráfico 7.1.1-a no comienza a partir del día 1, debido a que el medidor de caudal se instaló hasta en día 14 de marzo. 7.1.1.2. - Resultado de análisis bacteriológico realizado en la caja de distribución procedente del manantial del “Túnel Para determinar la calidad del agua procedente del manantial del “Túnel” se realizaron tres muestreos en Marzo, Abril y Junio del 2003. El resultado del Análisis Bacteriológico se muestra en la tabla 7.1.2-a Tabla 7.1.1.2.-a: Resultados bacteriológicos obtenidos de los muestreos realizados en la caja de distribución manantial del “Túnel”. Fecha de Muestreo Parámetro Coliformes Totales (NMP/100 ml) Coliformes Fecales (NMP/100 ml) E- Coli (NMP/100 ml)
19-03-2003
30-04-2003
03-06-2003
110
3x10
2.2x102
33
2x10
5x10
33
-
-
Según la “Norma Regional del Agua para el Consumo Humano” editadas por CAPRE, el agua que entra al sistema de distribución bajo los parámetros coliformes totales y fecales se admite el valor como negativo, es decir sin presencia de los mismos. Según el “Standard Methods for the Examination of Water 20th edition”, utilizando los métodos 9221B, 9221E; el valor mínimo reportado es 2.0 NMP/100ml. Se puede observar en la tabla 7.1.1.2-a que los resultados bacteriológicos presentan contaminación por coliformes fecales y totales en la caja de distribución cuya agua procede del manantial del “Túnel”. Es importante mencionar que también se realizó análisis bacteriológico en la finca “Santa Ana” y los resultados demuestran que la contaminación por coliformes fecales y totales aumenta (3x102 NMP/100ml) en el trayecto de la caja de distribución a la finca. Debido a la presencia de contaminación por coliformes fecales y totales, se propone un sistema de tratamiento sencillo que consiste en utilizar el método de filtración lenta, empleando un filtro lento de arena y seguido de desinfección por cloración a la salida del filtro. En el anexo B se observan los cálculos realizados para el dimensionamiento y estratificación del filtro lento de arena, en el anexo A. se especifican los detalles de construcción de la caja de cloración.
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7.1.1.3. –Resultado de análisis físico-químico realizado en la caja de distribución procedente del manantial del “Túnel” Tabla 7.1.1.3-a: Resultados físico-químicos obtenidos de los muestreos realizados en la caja de distribución manantial del “Túnel”. Parámetro Aspecto pH Conductividad Eléctrica Turbiedad Color Alcalinidad Total Carbonato Bicarbonato Dureza Total Dureza Cálcica Calcio Magnesio Sólidos Disueltos Cloruro Hierro Nitrito Nitrato Sulfato Sodio Flúor
Fecha de Muestreo 19-03-03
30-04-03
03-06-03
06-08-03
Clara 6.25 297 1.31 1.5 29.16 0 29.16 160 98 357.5 6.17 0.04