DISEÑO DE UN FILTRO DE AGUA CASERO PARA LAS COMUNIDADES ALEDAÑAS A BARRANCABERMEJA
JOHNNATAN ISRAEL ARDILA BAEZ 2093503 JOSSE MIGUEL URRURIA LOZANO 2093570
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER UIS AREA DE CALCULO III B/BERMEJA 2011
INTRODUCCION
En el agua destinada al consumo humano pueden estar presentes diferentes agentes patógenos, responsables de las denominadas enfermedades de transmisión hídrica que pueden ser inactivados bajo la acción de diferentes métodos de desinfección. La razón fundamental que avala la necesidad de desinfectar el agua destinada al consumo humano y uso domestico es asegurar la inactivación de los agentes patógenos para el hombre transmitidos por esta. El acceso al agua segura ha sido declarado un derecho humano por las Naciones Unidas. Sin embargo, el problema de la falta de este vital elemento potable en las regiones rurales latinoamericanas no es desconocido y los pobladores de esas zonas no tienen otra solución que utilizar agua de ríos, vertientes y pozos que generalmente cuentan con un elevado grado de contaminación. Esto produce problemas sociales, económicos y de salud, tales como enfermedades endémicas fatales (hepatitis, cólera, parasitosis, etc.). Con este proyecto se pretende diseñar un filtro el cual logre eficiencia el proceso de filtración, teniendo en cuenta su velocidad de filtrado, el volumen del filtro y sus componentes que ayudan a remover las impurezas encontradas en el agua.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Pregunta Problematizadora ¿Qué tan factible resultaría elaborar un filtro para reciclar las aguas para uso
domestico?
Las fuertes concentraciones de población contribuyen a la rápida contaminación del agua y otros tipos de contaminación. Agua contaminada es el agua a la que se le incorporaron materias extrañas, como microorganismos, productos químicos, residuos industriales o de otros tipos, o aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos. Como una contribución al problema de las zonas rurales al no poseer plantas de tratamiento de agua, incluso hasta las propias viviendas en la ciudad de Barrancabermeja; que en algunos lugares de esta, el agua llega en muy mal estado para consumo humano; en este proyecto, presentaremos un diseño de un filtro de agua de calidad, eficiente a la hora de tratar el agua, para así reducir la cantidad de contaminantes que existen en esta.
JUSTIFICACION
La carencia de agua potable y saneamiento contribuye a mantener la tendencia de las enfermedades diarreicas con mayores repuntes en época de invierno afectando principalmente el grupo niños y niñas menores de 5 años, según registros nacionales. La población rural carece de servicio de abastecimiento de agua potable y saneamiento. El uso y manejo inadecuado del almacenaje de agua a nivel domiciliar, puede causar un brote epidémico de diarrea o dengue afectando la salud de los ciudadanos, al almacenar agua en un recipiente sin tapa. Para asegurar a las próximas generaciones el acceso a los recursos ambientales básicos que les permitan satisfacer sus necesidades, es imperativo cuidar el patrimonio actual y hacer un uso sostenible del mismo. Las metas de cobertura de abastecimiento en agua potable señaladas por el gobierno no podrán cumplirse de manera sostenida, si no se atacan las causas de fondo de la pérdida de cantidad y calidad de los recursos hídricos del país.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un filtro de agua de uso domestico para las comunidades rurales del municipio de Barrancabermeja, con el fin de reducir contaminantes en el agua.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar la relación entre los parámetros de diseño del filtro, tales como el tipo de arena, altura de agua sobre la arena, ubicación y el método de descarga del agua cruda dentro del filtro.
Diseñar un filtro con la finalidad de reducir costos de producción, conservando o mejorando la eficiencia de remoción.
Visualizar y entender la importancia de los procedimientos matemáticos aplicados para el diseño y construcción de sistemas de purificación.
MARCO CONTEXTUAL
Barrancabermeja es un municipio de Colombia ubicado en el departamento de Santander. Está situada en el fértil valle del Magdalena, en la margen derecha del río que da nombre al valle. Barrancabermeja está rodeada de un sin fin de ciénagas y quebradas que le han dado a la ciudad el apodo de "ciudad entre aguas", a pesar que no es una isla. No hay ningún tipo de elevación en la ciudad, pero el área rural está atravesada en la sección oriental del área total municipal por la serranía de los yariguíes. La principal y más conocida elevación de la serranía es la meseta de San Rafael. ¿Por qué Barrancabermeja? Barrancabermeja como muchas otras ciudades del país su comunidad rural no posee con un agua adecuada para el consumo humano ya que la planta de tratamiento no ha podido llegar a estas zonas; lo cual ha llevado que las personas que viven en estas zonas tengan que obtener el agua de ríos o ciénagas. Pero como es de esperar esta agua no ha sido tratada adecuadamente los cual hace que se produzcan enfermedades afectando gravemente a estas personas.
Por eso nuestro proyecto se ha fundamentado para realizarse en esta comunidad ya que no posee con una adecuada agua para el consumo, desarrollando así una solución a esta problemática que ha afectado a muchas personas.
MARCO TEORICO
FILTRACION LENTA CON ARENA Resumen
Utilizando por primara vez en estados unidos en 1872, los filtros lentos de arena son el tipo más antiguo de filtración de agua municipal. Actualmente, se mantiene como un método prometedor para filtrar sistemas pequeños con agua de baja turbiedad o fuentes de agua que contienen algas. La filtración lenta con arena no requiere pre-tratamiento o un control extenso del operador, algo importante para un operador de sistemas pequeños con muchas responsabilidades. ¿Qué es la filtración lenta con arena ?
La filtración lenta con arena es un proceso simple y fiable. Son filtros relativamente baratos de construir, pero requiere operadores altamente cualificados. El proceso consiste en filtrar el agua no tratada lentamente a través de una cama porosa de arena, el agua entra a la superficie del filtro y luego drena
por el fondo. Construido adecuadamente, el filtro consiste en un tanque, una cama de arena fina, una capa de grava que soporta la arena, un sistema de suddrenajes para recoger el agua filtrada y un regulado de flujo para controlar la velocidad de filtración. Ningún químico es añadido para facilitar el proceso de filtración. Ventajas
Como se describe a continuación las ventajas de este tipo de tratamiento hacen que sea especialmente indicado para zonas rurales. 1. no existe otro método que consiga un tratamiento del agua tan efectivo sin aplicar un tratamiento físico, químico o bacteriológico.
2. sencillo diseño y bajo coste en los materiales que se puede rebajar aun mas utilizando técnicas locales y personal de la propia comunidad. El acceso a la arena necesaria y a las protecciones contra el rio son dos conceptos que se tienen en cuenta para no encarecer demasiado la obra. 3. No existe la posibilidad de contaminar cursos de agua cercanos, ya que no se utilizan elementos químicos. Además los lodos se pueden usar como fertilizantes naturales para los cultivos. Hidráulica de la filtración
Una de las primeras cosas que debemos estudiar es el comportamiento hidráulico dentro del filtro de arena. El objetivo es saber la altura de agua necesaria para garantizar que la velocidad de filtración se encuentre dentro de los valores:
Que es la velocidad a la que debe circular el agua para ser considerado filtro lento de arena. Para que se cumplan estas velocidades necesitamos saber la columna de agua necesaria para vencer la resistencia de que ofrece la cama de arena y a la vez controlar la velocidad del flujo en medio poroso. Si consideramos que el agua va a seguir un régimen laminar en su filtración y mantener una presión constante de agua de entrada podemos utilizar la ley de darcy que en su forma más general es la siguiente:
Por otro lado sabemos que el flujo de agua va a pasar por el filtro viene controlada por:
El pelo de agua cruda H1 El pelo de agua tratada H2 La velocidad de filtración Vf
Si adaptamos la ley de darcy a un filtro genérico tal y como se muestra en la figura obtenemos la siguiente ecuación:
Donde L es el grosor de la capa de arena, k es el coeficiente de permeabilidad H1 es el pelo de agua cruda, H2 es el pelo de agua tratada y Vf es la velocidad de filtración en el lecho de arena.
AGUA POTABLE
Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales. En la Unión Europea la normativa 98/83/EU establece valores máximos y mínimos para el contenido en minerales, diferentes iones como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsénico, entre otros., además de los gérmenes patógenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5. Los controles sobre el agua potable suelen ser más severos que los controles aplicados sobre las aguas minerales embotelladas.
INGENIERIA DEL PROYECTO
CALCULO DEL FILTRO LENTO DE ARENA
∫ ∫ √ ∫ ∫ ∫ ∫ [( ) ] () () ∫ [ ] ∫ ∫ ∫ * + ∫ ∫ * + ∫ ∫ ∫ ∫ * + ∫ * + ∫
Para la semiesfera = 4
=
= -2
= -2
= -2
=-2
=2
=2
= 3619.115
“ volumen donde va estar contenida el agua cruda”
Para el interior al cilindro agua potable.
y exterior al cilindro
4
=4
=4
=4
=4
=4
= 20106.19
Para el cilindro 4
=4
=4 =4
=4
=4
= 2211.68
“
volumen donde va estar contenido el materia poroso de filtración”
,
DISENO DEL FILTRO DE AGUA DE ARENA LENTA
CONCLUSIONES
Se logro diseñar un filtro que cumpliera con los estándares de funcionamiento, partiendo de la cantidad de agua que se quiere potabilizar, y del tipo y la cantidad de material poroso que se desea utilizar en el filtro.
Se logro desarrollar un filtro el cual ayude a las comunidades rurales del municipio de Barrancabermeja a obtener un agua limpia para sus hogares evitando así enfermedades provenientes de esta.
Se analizó la gran importancia que tiene la utilización del cálculo multivariable en la solución de problemas en el campo de la ingeniería.
