El tratamiento y la reutilización de las aguas residuales

El tratamiento de las aguas residuales es un aspecto esencial para evitar la contaminación ambiental y afortunadamente existe ya una legislación que prevé su tratamiento. Donde existe una red de saneamiento, cada edificación vierte en ella sus aguas residuales que son transportadas a una estación depuradora de aguas residuales (EDAR). En edificaciones sin conexión a la red de saneamiento se instalaban fosas sépticas donde se almacenaban las aguas y luego había que drenarlas o hacer una nueva fosa. Estas actuaciones están prohibidas porque provocaban filtraciones a los acuíferos y los contaminan. En la actualidad se exige en estos casos un tratamiento de las aguas para luego poder verterlas con una calidad adecuada.

Dependiendo del espacio requerido para los sistemas de tratamiento podemos dividirlos en:

• Sistemas compactos. Requieren menos espacio pero a cambio, suelen requerir gastos energéticos. Son los más utilizados en grandes poblaciones, y en general donde se disponga de poco espacio. Es necesario un control constante y personal especializado.

En esta categoría, pero a una escala mucho menor se situarían los sistemas de tratamiento para viviendas y edificaciones. Son sistemas enterrados de fácil instalación que han sustituido a las fosas sépticas y que ofrecen un adecuado tratamiento. Existen principalmente dos tipos:

a) Depuradoras biológicas. No requieren un gasto energético. Constan de un primer compartimento (habitualmente denominado decantador digestor) donde se produce la sedimentación de los sólidos y una degradación de materia orgánica vía anaeróbica (en ausencia de oxígeno). En un segundo compartimento las aguas se vierten sobre un filtro biológico donde las bacterias llevan a cabo una degradación aerobia (con elevadas concentraciones de oxígeno en agua) de la materia orgánica.

Depuradora biológica.

b)Depuradoras de oxidación total. Tiene un primer depósito donde hay una conjunto de difusores que inyectan aire y mantienen el agua en permanente oxigenación, lo que favorece la eliminación de la materia orgánica a través de la acción de las bacterias aeróbicas. A continuación las aguas pasan a otro compartimento donde se produce una sedimentación de los fangos generados por gravedad. Este procedimiento tiene mejor rendimiento en la depuración de las aguas, aunque conlleva un coste energético superior como consecuencia de la continua inyección de oxígeno.

Sistemas semi-intensivos. Están a medio camino entre los sistemas compactos o tecnologías intensivas y los sistemas extensivos. Requieren menos gasto energético pero ocupan más terreno.

• Sistemas extensivos. No requieren apenas energía para su funcionamiento y poco mantenimiento. Su eficiencia es menor por lo que requieren extensiones más grandes. Tienen un componente estético que los otros sistemas no tienen pues simulan procesos naturales y se integran muy bien en el paisaje. Entre estos sistemas podemos destacar los lagunajes y los humedales artificiales en sus distintas modalidades. Son muy usados para poblaciones de hasta 2.000 habitantes.

Reutilización del agua residual tratada

Si nuestra intención es reutilizar el agua tratada tenemos dos opciones, tratar solo las aguas grises o tratar todas las aguas residuales. A las aguas tratadas para su reutilización se les denomina aguas «regeneradas».

• Aguas grises. Se denominan aguas grises a las provenientes de duchas y lavabos principalmente aunque a veces se incluyen también fregaderos y lavadoras. Tienen una carga de contaminantes muy baja y están prácticamente exentas de restos fecales humanos. Su tratamiento es muy sencillo y habitualmente se utiliza para alimentar las cisternas de los inodoros.

El volumen de aguas grises es de al menos un 40% del total en el uso doméstico (lavabo + ducha) y el consumo del inodoro se estima en un 30 % por lo que este gasto queda cubierto. Con un consumo medio por habitante en España de 144 litros al día nos estaríamos ahorrando 43 litros por habitante y día.

• Todas las residuales. Necesita una mayor infraestructura y una mayor  inversión pues su tratamiento debe ser más profundo, pero a cambio obtenemos un mayor volumen de agua disponible. Contaríamos con una media de 144 litros por habitante y día para volver a utilizar suponiendo un ahorro importantísimo.

Usos del agua regenerada

• Recarga de cisternas de inodoros. Solamente si las aguas provienen del tratamiento de aguas grises.

• Riego. Todas las aguas regeneradas pueden usarse para el riego. Debe tenerse cuidado para que no entre en contacto directo con seres humanos o animales y no debe usarse en sistemas de riego por aspersión.

Via:hidrologiasostenible

Sistema de captación de agua de lluvia para usar como agua potable

Un equipo de diseñadores de la empresa Ideas sostenibles con sede en Betim, Belo Horizonte, ha desarrollado una solución que quiere ayudar a la gente a aprovechar el agua de lluvia. Un sistema con un filtro de polietileno que tiene como objetivo recoger el agua de lluvia, almacenándola en un tanque, para su posterior utilización.

Recoger agua de lluvia para consumo.

A diferencia de otros equipos comercializados que sólo eliminan la suciedad del agua (generalmente tierra), el sistema llueve lluvia es el único dispositivo que hace el tratamiento del agua de lluvia para uso doméstico.

¿Cómo funciona?

El sistema tiene 4 fases:

1º. Primer filtrado del agua, hojas y partículas de mayor tamaño.
2º. Pasa por la piedra caliza para el ajuste del pH.
3º. El agua entra en contacto con el cloro para eliminar microorganismos dañinos y así potabilizar el agua de lluvia que hemos recogido.
4º. Se completa el tratamiento con un sistema de filtrado más fino para limpiar cualquier impureza que todavía exista en el agua.

Esta iniciativa evitaría el desperdicio de millones de litros que probablemente se perdería por la calle o en tu propio patio, usando este agua para cualquier uso o consumo humano. En días de lluvia intensa, es posible recoger y tratar hasta 15.000 litros de agua de un techo de 100 metros cuadrados.

https://ecoinventos.com/ekomuro-h2o-paredes-que-recogen-el-agua-de-lluvia/

Vía:ecoinventos

Retos futuros del agua. Reutilización directa para uso en agua potable

 

• Ante el creciente uso del agua reutilizada, Xylem desarrolla tecnologías innovadoras para dar respuesta a los retos que se presentan a la hora de cumplir los parámetros de calidad del agua regenerada.

CONTAMINANTES EMERGENTES

En lenguaje anglosajón, se suele decir que “wastewater is not a waste, wastewater is a resource”. Y efectivamente, el agua residual no es un deshecho; es un recurso y cada vez más apreciado. Debido a la superpoblación del planeta por parte del ser humano y a su constante e imparable crecimiento, cada vez habrá más demanda de agua pero con las siempre presentes limitaciones de disponibilidad: es el caso de acuíferos/agua superficial (embalses, ríos...) que dependen de su recarga natural a través de las precipitaciones de lluvia. La otra fuente alternativa de agua es la proveniente del mar, prácticamente infinita, pero con dos grandes inconvenientes: el primero es la necesidad de la proximidad al mar del receptor (nadie se plantea desalar agua para alimentar una ciudad como Madrid); y el segundo es el alto coste de explotación (principalmente energético) para desalar el agua mediante ósmosis inversa.
Estos factores de aumento de “demanda” pero con una limitada “oferta”, han propiciado que en las últimas décadas se haya considerado seriamente la reutilización del agua como una fuente inagotable y necesaria para poder satisfacer dicha demanda, principalmente promovida por el regadío.
Xylem, como empresa líder en soluciones tecnológicas a nivel mundial y focalizado con su lema “Let´s Solve Water” en la solución de problemas del agua, siempre ha considerado la reutilización como un mercado de presente y, sobre todo, de futuro, invirtiendo en las nuevas tecnologías y la optimización de las existentes para poder afrontar este ya no tan nuevo reto en el tratamiento del agua.

El agua residual no es un deshecho; es un recurso y cada vez más apreciado

Xylem, como empresa internacional, está presente a nivel mundial en todas las regiones con mayor demanda de reutilización, a destacar: Oriente Medio, España, California, Italia… entre otras, con legislaciones/requerimientos de calidad de agua bastante diferentes. Unas regiones son más estrictas que otras, aunque básicamente cuentan con los mismos parámetros de medida: sólidos en suspensión, turbidez, huevos de nematodos y E. Coli/coliformes fecales/totales.
El principal objetivo de la reutilización siempre ha sido evitar la proliferación de organismos que puedan provocar enfermedades, entendiéndose como tales principalmente las bacterias coliformes fecales (grupo de bacterias con mayor riesgo de generación de enfermedades), así como los nématodos intestinales. Las bacterias, por su tamaño, entre 0,2 y 30 micras, difícilmente pueden ser retenidas mediante sistemas de filtración convencionales. La Eschericia coli (2 micras de longitud y 0,25-1 micra de ancho) siempre se ha usado como bacteria patrón por su facilidad de detección, así como su representatividad de la familia de bacterias patógenas. El método de desinfección más utilizado tradicionalmente ha sido el cloro, que más adelante ha sido reemplazado por la tecnología ultravioleta: un sistema de desinfección igual de eficaz que no daña el medio ambiente con subproductos clorados. Posteriormente se han ido considerando otros procesos más complejos y costosos de desinfección, como el ozono y la ultrafiltración. Estos últimos, más bien como sinergias de otros procesos y/o requerimientos más exhaustivos como la desinfección total mediante soluciones “Multi Barrier” (Multibarrera), consistente en combinar varios procesos de desinfección para asegurarla de forma total.

Trenes de membrana
El gran reto en la desinfección siempre han sido aquellos patógenos que principalmente por su tamaño y sobre todo si están presentes en forma de huevos, son prácticamente invulnerables a los métodos de desinfección convencionales: UV y cloro, e incluso al ozono salvo dosis muy elevadas. Esta clase de patógenos suelen estar representados por los nemátodos intestinales (20-40 micras ancho y 60-80 micras largo), aunque también por ciertos protozoos que presentan esta resistencia (aunque no tanta) como la Giardia lambia (10-12 Micras) y Cryptosporidium (2-5 micras), muy conocidos por su problemática en el agua potable. Así como las bacterias necesitan un mínimo de población para poder provocar enfermedades, los nematodos tienen el gran inconveniente de causar enfermedades con un solo individuo; de ahí que normalmente se exija prácticamente su ausencia total (< 1 Huevos /10 Litros).

Túnel de transporte de agua

  El Túnel de Agua Suruç, es un túnel de abastecimiento de agua potable y regadío de 17,2 kilómetros de longitud ubicado en el distrito rural de Suruç, en la provincia de Sanliurfa en Turquía. Construido por los ingenieros de la empresa turca Ilci Insaat Sanayi Ve Ticaret, se trata del túnel más largo de transporte de agua del país y el quinto de mayor longitud en el mundo.
El túnel, iniciado en construcción en 2009 y finalizado en marzo de 2014, provee agua a 94,81 hectáreas de tierras de regadío y suministra agua potable a la ciudad de Suruç y sus 135 zonas residenciales. Se trata por tanto de un proyecto vital, teniendo en cuenta que Turquía y toda la zona de Oriente Medio se enfrentan a una difícil situación marcada por la grave falta de agua potable y de regadío a causa de la escasez de lluvias.
Suruç es parte del Proyecto Anatolia (GAP), que tiene como objetivo mejorar la productividad agrícola de Turquía y reducir la pobreza en las provincias del sudeste del país. El coste total estimado del GAP alcanza los 32 mil millones de dólares (23,5 mil millones de euros), en el que se incluye la construcción de 22 presas, 19 plantas hidroeléctricas y sistemas de regadío que serán llevados a cabo en las cuencas del Éufrates, Tigris y Alta Mesopotamia, para servir aproximadamente a 1,7 millones de hectáreas de tierras.




El túnel de agua Suruç cuenta con una capacidad para transportar aproximadamente 90 m³/s de agua desde la Presa de Ataturk al Valle de Suruç, para actividades de regadío en las regiones de Anatolia sudoriental. Como resultado, se espera que el proyecto contribuya aproximadamente con 90 millones de dólares anuales (66 millones de euros) a la economía del país, proporcionando oportunidades de empleo directo a 190.000 personas y un importante número de puestos de trabajo indirectos.
El Túnel Suruç fue construido por una sociedad público-privada integrada por la Agencia Estatal Devlet Su Isleri (DSI), la Dirección General de Servicios Rurales (GRDS) y empresas del sector privado.
Con una longitud del túnel de 17,2 kilómetros, se encuentra situado a una altitud de aproximadamente 580 metros con una inclinación descendente media del 0,49%. Para su perforación se utilizó una tuneladora de doble escudo universal suministrada por los ingenieros de Seli, la cual es considerada como la tercera mayor del mundo con unas dimensiones de 152 m de longitud y 7,83 m de diámetro. La cabeza de corte de la tuneladora es de 17 pulgadas, con una velocidad de 7,5 rpm en una capacidad de potencia de 2.205 kW.

Microtuneladora para excavaciones con tecnología sin zanja

0. INTRODUCCIÓN

El proyecto a realizar esta incorporado en la tecnología sin zanja que consiste en instalar, reparar o renovar conductos subterráneos, utilizando técnicas que minimizan o eliminan la necesidad de excavación.

Es un diseño en el que se ponen en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera tanto en la parte mecánica como la parte eléctrica y electrónica ya que se hace necesario el diseño de mecanismos y elementos de máquinas así como la selección de accionamientos eléctricos para condiciones de trabajo especiales, cumpliendo así con un objetivo del trabajo de grado como requisito para obtener el título de Ingeniero Electromecánico.

Este proyecto busca diseñar una máquina que permita realizar trabajos de excavación a peque ña escala y grandes distancias para minimizar los costos y el impacto ambiental negativo que se presentan cuando se instalan redes subterráneas de distribución de servicios públicos.

El proyecto consta de una recolección de información de los métodos y maquinarias utilizados, un análisis para determinar los parámetros de diseño a tener en cuenta y analizar cual es la mejor alternativa de solución y un diseño preliminar de la máquina en el que se practica una retroalimentación de los pasos anteriores cada vez que se requiere.

1. ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

El proyecto a realizar está incorporado en la tecnología sin zanja que consiste en instalar, reparar o renovar conductos subterráneos, usando técnicas que minimizan o eliminan la necesidad de realizar excavaciones a lo largo de dichos conductos, a continuación se muestran algunos de los métodos más utilizados actualmente para realizar este tipo de trabajo (ver anexo 1) .

1.1 CAMPOS BÁSICOS DE LA TECNOLOGÍA SIN ZANJA1

1.1.1 Sustitución in situ. Los sistemas pipebursting, constan de un conjunto rompedor neumático o hidráulico, que simultáneamente, revienta el conducto existente e instala la nueva tubería, trabajando en combinación con un equipo de tiro que arrastra el conjunto por el interior del conjunto a sustituir. Esta técnica se desarrolla a principios de los años ochenta en Estados Unidos (ver figura 1).

Figura 1. Esquema del sistema pipebursting.

Fuente: http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_BURGOS_archivos/ frame.htm#slide0024.htm

1.1.2 Instalación de nuevas tuberías por medio de topos. Este sistema fue desarrollado en Polonia y Rusia en los sesenta, presentando al principio muchos problemas de desviación y pérdidas de equipos. Se basa en la creación de una perforación con base e n compactar el terreno circundante con un martillo de percusión de camisa cilíndrica, en la mayoría de los casos en forma de torpedo, la conducción a colocar va inmediatamente después del torpedo. Sólo se pueden utilizar en terrenos compactables y en longitudes y diámetros reducidos (ver figura 2).

Figura 2. Esquema del sistema "Impac Moling".

Fuente: http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_BURGOS_ archivos/ frame.htm#slide0024.htm.

1.1.3 Instalación de nuevas tuberías por medio de hincadores neumáticos ("Pipe Ramming"). El "Pipe Ramming" es un sistema de perforación no dirigible, que se basa en la introducción en el terreno de una vaina de acero, con cabeza abierta, por medio de golpeo. En condiciones de suelo adecuadas se pueden utilizar cabezas cerradas (ver figura 3).

Figura 3. Esquema del sistema de instalación de tuberías por medio de hincadores neumáticos.

Fuente: http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_ BURGOS _ archivos/ frame.htm#slide0024.htm

Su realización requiere la ejecución de una zanja en el punto de ataque, con la alineación y cota adecuada para el servicio a instalar. La longitud del foso requerido es variable, siendo ideal 16 m de longitud (12 m de vaina de tubo de acero, y 4 m de espacio para la operación del martillo de golpeo). Es una técnica válida en casi todos los tipos de terreno, a excepción de los que tienen rocas de demasiado diámetro y dureza.

1.1.4 Instalación de nuevas tuberías por medio de perforación dirigida. Las técnicas de perforación guiada se usan para la instalación sin zanjas de nuevos conductos. La operación se completa en dos fases. La primera consiste en la realización del taladro piloto guiado. Después se amplia la perforación hasta permitir el paso del conducto a instalar. La perforación dirigida es viable a partir de los avances electrónicos que permiten la detección de la posición de la cabeza y el uso de lodos de perforación (ver figura 4).

Figura 4. Esquema del sistema de instalación de tuberías por medio de perforación dirigida.

Fuente: http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_BURGOS _archivos/ frame.htm#slide0024.htm

1.1.5 Instalación de nuevas tuberías por medio de hinca hidráulica. Es uno de los sistemas más antiguos y de menor evolución para la instalación de nuevas tuberías de hormigón. La hinca se realiza por medio de empuje sucesivo de tubos de hormigón de características especiales. El residuo se extrae por medio de excavación manual o con rozadora en el frente de perforación. La dirección se asegura por medio de puntero láser, realizando pequeñas correcciones con base en empujes diferentes de los cilindros (ver figura 5).

1.1.6 Instalación de nuevas tuberías por medio de Raise-Boring. Es un sistema diseñado especialmente para realizar trabajos de perforación vertical en minería pero se han realizado modificaciones en la configuración del equipo para poder realizar perforaciones en horizontal (ver figura 6).

Figura 5. Esquema del sistema de instalación de nuevas tuberías por medio de hinca hidráulica.

Fuente:http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_BURGOS_archivos/ frame.htm#slide0024.htm

Figura 6. Esquema del sistema de perforación Raise-Boring.

Fuente:http://www.aples.net/Presentaciones/XI_MUESTRA_INDUSTRIA_BURGOS_archivos/ frame.htm#slide0024.htm

Planta Desaladora de Adelaida

Como parte de uno de los proyectos de desalinización más importantes de Australia promovido y financiado por el South Australian Government y SA Water, mediante un presupuesto de 1,4 mil millones de euros, consistirá en la construcción de dos plantas de desalinización de ósmosis inversa para agua marina (SWRO) con capacidad para 50 gl cada una, sumado a una tubería de transferencia de 12 kilómetros.
La planta, localizada en Lonsdale cerca de Port Stanvac, a unos 30 Km al sur del Distrito Central de Negocios (CBD) de Adelaida, será capaz de cubrir alrededor del 50% del suministro de agua anual de toda la región con capacidad de hasta 100 GL.
- Este importante proyecto de ingeniería fue anunciado por el gobierno de Australia en diciembre de 2007, el cual inició la declaración de impacto ambiental (EIA) presentada a finales del año siguiente, así como el informe de evaluación (AR) aprobado en febrero del 2009. Finalmente, la ejecución en obras de la planta comenzó en abril del 2009, mientras que el trabajo para la construcción de la tubería de desalinización fue iniciada en junio de 2009.

Previamente a ello, los ingenieros de Water Technology Australia, construyeron una planta piloto a finales del 2008 con el fin de estudiar la tecnología diseñada para mejorar el proceso de desalinización mejorando la calidad del agua y reduciendo el impacto ambiental al máximo. Después de las pruebas y la recopilación de datos, la planta piloto fue dada de baja en febrero de 2011.


La primera planta de 50 gl comenzó la distribución de agua potable desalinizada en julio de 2011, abasteciendo por primera vez la red de agua del estado en octubre de 2011. Finalizada la segunda, la planta entera contó con 100GL (100 mil millones de litros) de capacidad, completada en diciembre de 2012

Acerca de SmartBall® para tuberías de agua

Una firma relacionada con los acueductos hará uso de la tecnología moderna, ya que empezó a aplicar desde el 2007, para reparar una serie de acueductos que posee Guayaquil. Las labores comenzaran este viernes y significara un corte del suministro de agua potable en la zona.

Para repararlas se empleara el Smart ball (pelota inteligente), el Pipe diver (un robot para detectar problemas en tuberías de hormigón) y un circuito cerrado de televisión, que realizara la inspección electromagnética de la red.

Además, tendrá el respaldo de los dispositivos Broadband Electromagnetic (BEM), y con la verificación interna de Ingenieros especialistas.

Los robots que prestaran su ayuda aquí tienen funciones bien específicas. El Smart Ball es una esfera y verificara más de 61 kilómetros en tres de los principales acueductos, ingresando por una tubería llena de agua, y viajando a la velocidad del líquido, detecta una eventual fuga junto con su posición exacta. Y por otro lado, el Piper Diver, es un autómata capaz de detectar problemas en tuberías de hormigón pretensazo, como el acueducto de 1.800 milímetros, viajando también con el fluido, tiene una longitud de 2,5 metros con una forma de tubo alargado con ramificaciones.

 

SmartBall® es una nueva e innovadora tecnología de detección de fugas de Pure Technologies. Es una bola de espuma de nado libre con un instrumento lleno de aleación de aluminio básico capaz de detectar y localizar fugas muy pequeñas en las tuberías.

SmartBall® se puede ser insertada y recuperada en una tubería bajo condiciones normales de operación. La pelota viaja con el flujo de agua hasta 15 horas, recogiendo la información sobre fugas durante muchas millas de tubería con un solo despliegue.

El tamaño de la SmartBall® es seleccionada para una inspección específica y se basa en una serie de criterios, como el diámetro de la tubería, ubicación de válvulas en línea, el tamaño de los accesorios a través de la cual la SmartBall® se inserta y se recupera, y la presencia de otras líneas laterales. Normalmente, la SmartBall® podrá ser inferior a un tercio del diámetro de la tubería.

Debido a su diseño único, tiene varias ventajas sobre otros métodos de detección de fugas:

• no hay ruido de los aparatos, por lo que pueden detectar fugas muy pequeñas
• su pequeño tamaño le permite pasar a través de las válvulas en línea, reductores y otros accesorios
• su larga duración de la batería y la gran capacidad de memoria permite que pueda funcionar durante un máximo de quince horas, permitiendo recorrer muy largas longitudes en las tuberías a ser investigadas con un solo despliegue (a un caudal de agua de 1,64 ft / s (0,5 ft / s) , la bola puede recorrer casi 15 millas (25 km).
• Sólo dos puntos de acceso son necesarios, en los lugares de inserción y extracción
• El equipo necesario para el seguimiento es liviano y no requiere el acceso a la tubería
• Durante la inspección el sensor pasa realmente por la fuga, ofreciendo así la máxima sensibilidad y resolución de la acústica de detección de fuga.

SmartBall® es apto para numerosas aplicaciones

• Líneas de Transmisión de 10 pulgadas y más.
• Todos los tipos de tubería de presión, incluidas las de concreto, acero, hierro dúctil, PVC y GRP.
• Agua, agua cruda y otras tuberías de presión, donde la inserción y remoción puedan ser garantizadas.

¿Cómo funciona?

La SmartBall® de sensor acústico pasa a través de toda la longitud de la tubería a ser investigada. El sensor puede discernir claramente la actividad acústica asociada con fugas. Estos datos son registrados y procesados después de que informe la presencia y localización de fugas.

SmartBall® calcula la localización de fugas mediante la detección de pulsos acústicos emitidos por la esfera que son captados por los receptores previamente colocados adjuntos a la tubería. La localización de las fugas relacionadas con el receptor que se determinan mediante el análisis de los tiempos de llegada de los pulsos.

Instrumentos adicionales al SmartBall® se utilizan para calcular las tasas de flujo a lo largo de la tubería y para identificar las válvulas, tuberías y otras características de la línea.

El Agua: Una fuente de energía convencional y renovable

El agua , que constituye el recurso hídrico de un país, determina y condiciona no sólo la subsistencia de las especies sino también la distribución , asentamiento y desarrollo socioeconómico de los pueblos .
Algunos miembros de una familia : hydros, hidrología , hidrológico, hidráulica .
Todos estos vocablos derivan de la palabra griega HIDROS que significa AGUA .
Hidrología , es el estudio de los fenómenos naturales y leyes físicas que rigen la distribución de los recursos del agua .
El ciclo hidrológicos, comprende los fenómenos de evaporación , condensación y filtración a través del suelo y la escorrentía o escurrimiento del agua superficial hacia los arroyos y ríos , los que fluyen al mar . El ciclo empieza y termina en el mar .
Energía hidráulica: energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Por lo tanto la energía hidráulica esel aprovechamiento de la energía del agua en movimiento .
Hidráulica : es una parte de la física que estudia el aprovechamiento de la energía del agua en movimiento.
HISTORIA
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos (véase caballo de vapor). La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.
Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.
Desarrollo de la energía hidroeléctrica
La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX.

En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

El Ciclo del Agua

Algunos hechos sobre los glaciares y las capas de hielo

• Los glaciares cubren un 10-11 por ciento de toda la superficie de la Tierra.
• Si en el día de hoy, todos los glaciares se derritieran, el nivel del mar subiría alrededor de 70 metros (230 pies). Fuente: Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo
• Durante la última edad de hielo el nivel del mar se encontraba alrededor de 122 metros (400 pies) más abajo del nivel a que está hoy día, y los glaciares cubrían casi un tercio de la superficie terrestre.
• Durante el ultimo período cálido, 125,000 años atrás, los mares estaban alrededor de 5.5 metros (18 pies) más arriba del nivel a que están hoy día. Alrededor de tres millones de años atrás, los mares podrían haber estado 50.3 (165 pies) metros más arriba.

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El agua de deshielo fluye hacia los cursos de agua: El movimiento del agua de deshielo de nieves y hielos, como escorrentía superficial que fluye hacia los cursos de agua.

Si tu vives en Florida o en la Riviera Francesa, no te despertarás todas las mañanas preguntándote como la nieve que se derrite contribuye al ciclo del agua. Pero, a nivel mundial, la escorrentía producida por el derretimiento de la nieve es una parte importante del movimiento del agua en la Tierra. En los climas fríos, la mayor parte del caudal de los ríos durante la primavera proviene de la nieve y del hielo derretidos. Además de las inundaciones, el rápido derretimiento de la nieve puede causar deslizamientos de tierra y desplazamiento de materiales sólidos.

Una buena forma de comprender como el deshielo afecta los caudales de los ríos consiste en observar el hidrograma que se muestra aquí debajo. Este hidrograma muestra el caudal diario promedio (caudal promedio para cada día) para el río North Fork, registrado durante 4 años en la Represa North Fork en California. Los picos más altos de la gráfica se deben principalmente el resultado del deshielo. Compara y verás que el promedio diario mínimo durante marzo de 2000, fue de 1,200 pies cúbicos por segundo; mientras que durante agosto, el caudal varió entre 55-57 pies cúbicos por segundo.

La escorrentía producida por el deshielo, varía por estación y por año. Compara las picos máximos de caudal durante el año 2000 con los picos muchos menores del 2001. Parece ser, que durante el año 2001 hubo una gran sequía en esa área de California. La falta de agua almacenada en forma de nieve durante el invierno, puede afectar la cantidad de agua disponible el resto del año.

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Escorrentía superficial: Escorrentía de lluvia (aquella escorrentía producida por el agua de lluvia) que corre sobre la superficie del suelo, hacia la corriente de agua más cercana.
La escorrentía superficial, es la escorrentía de lluvia que corre sobre el terreno.

La mayor parte de las personas piensas simplemente que, la lluvia cae sobre la tierra, fluye sobre ella (escorrentía de lluvia), y corre hacía los ríos, los cuales se descargan a los océanos. Esto es algo simplificado, ya que los ríos también ganan y pierden agua a través del suelo. Sin embargo, la mayor parte del agua de los ríos proviene directamente de la escorrentía que fluye por la superficie, denominada escorrentía superficial.

Generalmente, parte de la lluvia que cae es absorbida por el suelo, pero cuando la lluvia cae sobre suelo saturado o impermeable comienza a correr sobre el suelo, siguiendo la pendiente del mismo. Durante las lluvias fuertes, verás pequeños cordones de agua corriendo cuesta abajo. El agua corre por canales a medida que se dirige a los grandes ríos. Esta imagen muestra un ejemplo de cómo la escorrentía superficial entra en una pequeña cañada. En este caso, la escorrentía corre sobre suelo desnudo, arrastrando consigo gran cantidad de sedimento que es depositado en el río (esto es malo para la calidad del agua). El agua de escorrentía que esta ingresando a esta cañada esta comenzando su viaje de retorno hacia el océano.

Como sucede en todas las partes del ciclo del agua, la relación entre precipitación y escorrentía superficial varía de acuerdo al tiempo y la geografía. Tormentas similares en la selva Amazónica y en el desierto del sudoeste de E.E.U.U. tendrán distintos efectos. La escorrentía superficial es afectada por factores meteorológicos y por la geología física y topografía del lugar. Únicamente un tercio de la lluvia que cae corre en forma de escorrentía hacia los océanos; la fracción restante, se evapora o es absorbida por el suelo pasando a formar parte del agua subterránea.

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Potabilización del Agua de Mar

Cualquier fuente de agua, puede ser de: mar, río, pozo, manto acuífero, etc. contiene impurezas, estas impurezas están compuestas por partículas suspendidas y disueltas, las partículas suspendidas representadas por sus siglas SST (Sólidos suspendidos

totales) pueden ser eliminadas con una simple filtración equivalente a los filtros caseros (de sedimentos), pero las segundas SDT´s ( Sólidos Disueltos Totales) deben ser eliminadas por otro tipo de tecnologías, una de ellas es la utilización de la osmosis inversa. Como ustedes saben el agua de mar es salada, esto se debe a la gran cantidad de sales disueltas en el mar (SDT´s), estas sales nos impiden que el agua de mar sea potable, en estricto sentido si reducimos mas del 95% de estas sales o solo parte de ellas contenidas en el agua sería parecida a la que conocemos en nuestras casas como potable, el principio mediante el cual trabaja la osmosis inversa es muy sencillo y nos permite obtener este tipo de agua.

La medición de la conductividad eléctrica del agua esta relacionada con la cantidad de sales contenidas en la misma, esta se mide en micromohs o microsiemens, es una manera rápida de estimar la salinidad del agua. La conversión de micromohs de conductividad a Sólidos Disueltos Totales (SDT´s) se puede realizar multiplicando los micromohs por 0.6 y se obtiene una estimación de la concentración de sales en el agua expresado en: ppm o mg/L.

Para darnos una idea mas adecuada, sabemos que normalmente esta regulado el contenido en SDT´s en el agua potable, que es la que utilizamos en nuestras casa, esta concentración no debe de exceder más de 1,000 ppm de SDT´s,

Esto quiere decir que la fuente de suministro de agua potable: Río, manto acuífero, manantial, pozo tiene o debe de ser tratada a concentraciones menores al las del agua de mar, entre: 50 hasta 3,000 ppm. Mientras el agua de mar tiene concentraciones de hasta 35,000 ppm o mg/L en sólidos Disueltos Totales.

La ósmosis directa es un proceso natural, que ocurre en todas las células vivas, la ósmosis permite la fuente de vida para todos lo seres vivos, al permitir que el agua fluya por difusión a través de una membrana semipermeable desde zonas donde se encuentra pura relativamente (bajo contenido en impurezas) a zonas donde se encuentra con alta concentración de sales. Esto permite extraer agua pura del medio ambiente.

La ósmosis inversa es un proceso creado por el hombre que invierte el fenómeno de la ósmosis, en donde el agua concentrada en sales pasa a través de una membrana semipermeable, las sales quedan retenidas en la superficie de la membrana y se obtiene agua baja en sales.

Existe una presión por el sentido natural de la ósmosis la cual se tiene que vencer, a esta se le conoce como presión osmótica, al vencer esta presión se puede atravesar la membrana semipermeable con agua concentrada, mientras más sales estén disueltas en el agua existe una presión osmótica mayor.

Es importante determinar que tipo de mebrana se rquiere usar, dependiendo de la aplicación que se desee, las más comunes actualmente son las de TFC (Thin Film Composite).

Tipos más comunes de Membranas de Osmosis Inversa

El proceso de la ósmosis inversa es un proceso de fácil entendimiento:

Al agua salada de mar se le aplica una presión para pasarla a través de una membrana y esta comienza a ser potabilizada, eliminando parte de las impurezas, es decir el agua queda con mucho menor cantidad de sales disueltas (STD´s) cuando esta pasa a través de una membrana sintética, el proceso es: que el agua se disuelve en la membrana y pasa por difusión a través de está, se le llama agua permeada o permeado, este flujo de agua deja del otro lado de la membrana a las impurezas que son: sales disueltas y materia orgánica, visiblemente no detectables y que no se retienen en algunas ocasiones con filtros convencionales, estas impurezas también son

rechazadas.

Este rechazo es: agua concentrada en sales, en casi la mayoría de las ocasiones se hace pasar el flujo de rechazo por una turbina para generar energía, esto es porque la presión que aplicamos, en su mayoría es liberada por la parte del rechazo de las sales, y después se devuelve el rechazo al mar.

La presión osmótica de un agua salobre de 3,000 ppm es del orden de 30 PSI, lo cuál hace a la ósmosis inversa muy rentable, incluso a presiones bajas de operación, entre: 200-300 PSI.

La presión osmótica del agua de mar es de aproximadamente 400 PSI, esto significa que una planta de agua de mar tiene que operar a una presión mínima de 600 PSI para vencer la presión osmótica, y tener una adecuada productividad. Normalmente las plantas de agua de mar operan entre: 800 - 1000 PSI para aumentar su rentabilidad.

Desde 1988 la aplicación para desalación y potabilización de agua de mar va en aumento. Este proceso ha tomado auge con las nuevas membranas de ósmosis inversa, que pueden producir agua con una calidad de: 300 - 600 ppm de STD´s , partiendo del contenido en el agua de mar, que esta en un rango de: 33,000 a 35,000 ppm o mg/L.

El sistema de osmosis inversa no solo es el más efectivo para potabilizar el agua de mar sino que nos permite tener la certeza de que el agua que vamos a ingerir es un agua que no contiene bacterias, viruses, pirógenos, patógenos, larvas, quistes, algas y muchas otras impurezas que pueden afectar a la salud humana.

Ventajas de contar con la tecnología de Osmosis inversa:

En la actualidad los sistemas de potabilización de agua de mar son muy rentables, existen un sin numero de empresas dedicadas al diseño y fabricación de estos sistemas, y sin temor a equivocarme en México tenemos a técnicos expertos en la materia que pueden auxiliarlos en la operación y el mantenimiento de sus sistemas.

Si realmente están interesados en adquirir un sistema de esta naturaleza no deben de olvidar:

• Hacerle un análisis fisicoquímico al agua que quieren potabilizar, este nos determina el contenido de impurezas o de sales disueltas en el agua. • El volumen de agua que desean potabilizar por día, mes o año. • Otro factor importante es definir si existe la posibilidad de extraer el agua de

mar cerca de la playa, o al interior del mar en una toma Abierta, de esta definición depende el tipo de pretratamiento que utilicemos para la ósmosis inversa.

Existen otras alternativas para los problemas de desalación de agua de mar, como pueden ser: La evaporación y

la Electrodialisis. La alternativa más común es la evaporación, si comparamos esta tecnología con la osmosis inversa encontraremos que para

el caso de la ósmosis inversa utilizando membranas de alta presión y con recuperación de energía, tendremos un consumo de energía eléctrica de 4 a 5 kWh por metro cúbico generado. Sin embargo la evaporación tiene un consumo de energía total de unos 15 kWh por metro cúbico de agua producto.

En los últimos 10 años el costo específico de las membranas ha disminuido considerablemente lo que permite reducir los costos de operación e incluso los costos de inversión inicial en plantas potabilizadoras mediante ósmosis inversa.

Se calcula en la actualidad que una planta para potabilizar agua de mar mediante el proceso de evaporación puede ser entre: un 50% y hasta un 200% mas cara que la ósmosis inversa, claro esta, esto sucede en donde existe corriente eléctrica y el costo por esta no es excesivamente caro.

Los sistemas de potabilización de agua de mar por medio de osmosis inversa son equipos modulares que nos permiten tener agua potable sin tener que almacenarla y ocupar mucho espacio en lugares remotos, o locaciones cerca de las costas que no cuentan con una planta potabilizadora.

Imagínese internándose en su propio yate en medio del mar en donde toda el agua que usted necesite puede potabilizarla con su propio equipo y ubicar su propio hotel o casa de playa en el lugar mas fascinante por recóndito que este se encuentre.

Construcción de una planta purificadora de agua

LIMPIANDO EL AGUA

Introducción

Debido a los grandes problemas mundiales que se tienen con el agua y la gran necesidad de personas capacitadas en este asunto en las escuelas, mayormente de educación técnica, se estudian en forma teórica los procesos necesarios para potabilizar el agua. Con la construcción de una planta potabilizadora en microescala se busca ampliar el marco teórico, pudiendo de esta forma obtener el mayor desarrollo personal e intelectual de los alumnos de diversos cursos.

Resumen

Se busca elaborar una planta de potabilización de agua, basándose principalmente en el libro “Planta Potabilizadora” de Mónica Alegría (también fueron consultadas otras fuentes especificadas en la bibliografía).

Una planta potabilizadora realiza los siguientes procesos: almacenamiento del agua, coagulación y floculación, decantación, alcalinización, filtración y cloración o desinfección. Cada proceso tiene un lugar determinado en la planta, por lo que cada componente debe realizarse con mucha atención y coordinación con el resto del sistema.

Los principales componentes de la planta son: el tanque de almacenamiento, el floculador, el decantador, el canal colector, el filtro y la reserva de agua.

El desarrollo de la construcción se lleva a cabo desde finales del mes de junio aproximadamente.

Hasta el momento se cuenta con el decantador, el canal colector y el filtro, comunicado con la reserva (lugar donde se produce la cloración) por medio de un niple.

El resto del trabajo se realizará a la brevedad, sin descuidar ningún detalle.

Desarrollo

• Materiales a utilizar

- recipiente plástico de alta densidad (4 litros)

- bidón (5 litros o más)

- canilla

- 2 placas de acrílico transparente de 3 mm. de espesor, 11 cm. de largo y 4,5 cm. de alto.

- 2 placas de acrílico transparente de 3 mm. de espesor, 45 cm. de largo y 4,5 cm. de alto.

- 1 placa de acrílico transparente de 11,5 cm. de ancho y 45 cm. de largo.

- caño de desagüe de 4” de diámetro cortado por la mitad, 23 cm. de largo.

- tapa ciega para cerrar los extremos del caño de desagüe.

- bandeja portacables.

- 2 vidrios de 35 cm. de largo y 24 de ancho.

- 2 vidrios de 18 cm. de largo y 24 cm. de ancho.

- 1 vidrio de 35 cm. de largo y 18 cm de ancho.

- 1 vidrio de 17,3 cm. de ancho, 23,8 cm. de alto.

- niples de PVC (cantidad necesaria).

- Canilla para la salida de la reserva.

- plancha de madera para las bases.

- remaches, tuercas y arandelas (cantidad necesaria).

- adhesivo silicona.

- adhesivo para PVC.

- malla de plástico cerrada, tipo mosquitero.

- motor de 6 voltios con imán permanente.

- cables para conexiones.

- hélice para lancha.

- 2 buretas de 25 ml (capacidad mínima).

- dosificador de suero.

- 3 porta buretas.

- papel de pH universal.

- vasos de precipitados.

- arena (previamente calcinada), grava, carbón vegetal y canto rodado (cantidad necesaria).

- termómetro de alcohol.

- lija 600

• Sustancias de laboratorio a utilizar

- agua destilada.

- solución de sulfato de aluminio al 6 % m/m.

- solución de hipoclorito de sodio 0,5 gr. Cl₂/l de solución.

- herramientas e instrumentos necesarios para el marcado, corte y ajuste de las piezas de la planta.

Ya que el trabajo no ha sido terminado todavía los materiales utilizados hasta el momento son:

- las placas de acrílico para el decantador.

- los vidrios para armar el filtro y la reserva.

- el caño de desagüe cortado a 180º.

- la tapa negra para cerrar los extremos del caño.

- la silicona.

- el adhesivo para PVC.

- niple y canilla para la reserva.

- lija 600

• Construcción del decantador, el canal colector, el filtro y la reserva de agua

- Decantador:

Primero se lijaron las asperezas de los bordes de las placas de acrílico y se limpió el polvillo desprendido. Se retiraron las láminas protectoras del acrílico y se comenzó a pegar las láminas de acrílico pequeñas (las de 11,2 cm. por 4,5 cm. y las de 45 cm. por 4,5 cm.) con la base (de 11,5 cm. por 45 cm.) utilizando silicona transparente, una vez colocada la silicona se pasó el dedo mojado en detergente para alisar la unión (este procedimiento se repite en todos los ángulos pertenecientes a todas las paredes colocadas) luego se dejo secar durante aproximadamente 24 horas. Por ultimo se lleno con agua el recipiente obtenido para verificar que no haya pérdidas.

- Filtro y reserva:

Con las placas de vidrio se armó una pecera procediendo de la misma forma que en el decantador, pero esta vez uno de los laterales (vidrio de 18 cm. por 24 cm.) contiene un agujero en donde se colocó un niple de PVC con la canilla para la salida de la reserva. Algo muy similar ocurre con el vidrio de 17,3 cm. de ancho y 23,8 cm de largo, que se utilizó para dividir la pecera en filtro y reserva, por medio de un niple comunica ambos sectores.

El filtro será armado respetando el siguiente esquema:

Siendo los espesores de cada componente de 5 cm. aproximadamente salvo el de carbón vegetal que será de 2 cm., cada capa estará dividida con la malla metálica para que no se mezcle con otra.

- Canal colector:

Se cortó el caño por la mitad a 180º en forma vertical, lo mismo se hizo con la tapa ciega. Para poder unir las piezas primero se lijaron las superficies a unir para obtener una mejor soldadura con el adhesivo para PVC. Una vez que se unieron las piezas se las sostuvo durante unos minutos y luego se las dejó reposar durante 24 horas. Finalmente se testeó que no haya pérdidas.

• El armado de la planta

Lo primero que se ubicará sobre la base de madera será la pecera (filtro y reserva), sosteniendo la misma con listones de madera pegados a la base para que no se deslice. En uno de los laterales de la reserva se colocará una bureta para dosificar el hipoclorito de sodio (desinfección o cloración).

Luego se instalará el canal colector, para conectar este con el filtro se utilizarán tres bandejas portacables. A un costado del canal colector se colocará el dosificador de suero que se utilizará en la alcalinización (agregado de óxido de calcio).

Lo siguiente será acomodar el decantador entre el canal colector y el floculador. Al igual que el filtro el decantador se comunicará con el canal colector por medio de bandejas portacables.

Por medio de un tubo de goma el decantador se conectará al floculador, que estará apoyado sobre otra base de madera. Al floculador ingresará un tubo de goma proveniente del recipiente que contiene el agua a tratar. En la pared del floculador se ubicará una bureta para dosificar el sulfato de aluminio (coagulante). Uno de los componentes más importantes del floculador será el termómetro (preferentemente de alcohol para prevenir contaminaciones con mercurio en caso de ruptura) ya que permitirá controlar que la temperatura no exceda los 30ºC.

Todos los componentes de la planta serán colocados en distintas alturas para un mejor flujo del agua.

Es de esencial importancia una vez terminado el dispositivo que se supervisen todas las conexiones y el correcto funcionamiento de los dosificadores de las sustancias.

• Pasos a seguir durante la purificación (para 2 litros de agua)

El agua cruda reposará 30 minutos en el floculador, aquí se deberá controlar que la temperatura no supere los 30ºC y que el nivel de pH sea entre 7,5 y 8,4. El sulfato de aluminio al 6% (60 gr./l.) se dosificará con la bureta instalada anteriormente en el floculador. Durante la floculación se controlará la velocidad del mezclador (será construido con la hélice y el motor) agitando el agua a una velocidad de 100 RPM durante 30 segundos y luego 40 RPM durante 20 minutos. La circulación en el tubo de conexión entre el floculador y el decantador será interrumpida, mientras se produce la floculación, por una pinza de Mohr.

Una vez transcurridos los 30 minutos se permitirá el paso del agua al decantador donde permanecerá por dos horas, en este momento ingresarán otros dos litros más al floculador.

Luego de las dos horas de decantación el agua pasará al canal colector donde tomará contacto con el óxido de calcio al 6 % (concentración máxima) para regular el nivel de pH (una gota cada 10 segundos).

En el filtro el agua se liberará de las impurezas restantes y al llegar a la reserva estará lista para la cloración (colocar una gota de hipoclorito de sodio cada 15 minutos) dosificando 11 mg. de solución cada 2 litros de agua.

Luego de todos estos procedimientos el agua estará lista para el consumo.

Conclusión

El emprendimiento del proyecto “Limpiando el agua” tiene como fin el aprendizaje del paso a paso en la construcción y el funcionamiento de una planta potabilizadora de agua, con la que se podrán experimentar todos los procesos por los que pasa el agua cruda en una planta a macro escala. Ya que es usual que se aprenda teóricamente, sin tener la posibilidad de que los alumnos puedan estar en contacto directo con una planta de dichas características, y aun mucho menos trabajar con ella en la potabilización de agua cruda.

Hasta el punto donde se ha llegado se considera que se están cumpliendo fehacientemente las expectativas de aprendizaje respecto al trabajo realizado.

Autor:

Contrera, Marlene Fernanda