Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil
TEMA: “CAPTACIÓN DEL AGUA”
INTRODUCCIÓN •
A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal factor limitante para la existencia de la vida humana. La destrucción de las cuencas naturales hidrográficas ha causado una crítica escasez de la misma, afectando extensas áreas y poblaciones. Sin embargo, a través de la tecnología conocida como captación ("cosecha") del agua, granjas y comunidades pueden asegurar el abastecimiento del agua para uso doméstico y agrícola.
OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: Analizar
existen..
y investigar las diferentes captaciones de agua que
OBJETIVOS ESPECIFICOS: Dar
a conocer las fuentes de abastecimiento del agua potable. de qué manera se hace la captación del agua cruda. Enumerar cuales son los tipos de captación Mencionar los criterios de diseño de la captación del agua Explicar
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CAPTACION DEL AGUA
Es el proceso mediante el cual el agua en origen (manantiales, ríos, embalses, desaladoras) es recogida mediante una infraestructura diseñada a tal efecto. Existen captaciones de tipo superficial (presas, azudes, etc.) o de tipo subterráneo (sondeos, zanjas filtrantes, etc.).
FUENTES DE ABASTECIMIENTO Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable y antes de dar cualquier paso es necesario definir su ubicación, tipo, cantidad y calidad. De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento así como a la topografía del terreno, se consideran dos tipos de sistemas: los de gravedad y los de bombeo: A). EN LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE POR GRAVEDAD La fuente de agua debe estar ubicada en la parte alta de la población para que el agua fluya a través de tuberías, usando solo la fuerza de la gravedad. B). En los sistemas de agua potable por bombeo La fuente de agua se encuentra localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de almacenamiento ubicados en elevaciones superiores al centro poblado. •
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TIPOS DE FUENTES DE AGUA •
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Para el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable, es importante seleccionar una fuente adecuada o una combinación de fuentes para abastecer de agua en cantidad suficiente a la población. De acuerdo a la forma de abastecimiento se consideran tres tipos principales de fuente: aguas de lluvia, aguas superficiales y aguas subterráneas. a). Aguas Subálveas Son aguas que corren por el subálveo del río (es decir, aguas subterráneas bajo la corriente de un río). Se captan mediante galerías filtrantes. Son en general aguas de muy buena calidad ya que han pasado por un proceso natural de filtración.
b). Aguas superficiales Las aguas superficiales constituidas por los arroyos, ríos, lagos, etc. que discurren naturalmente en la superficie terrestre. Estas fuentes no son tan deseables, especialmente si existen zonas habitadas o de pastoreo animal aguas arriba. Sin embargo a veces no existe otra fuente alternativa en la comunidad, siendo necesario para su utilización, contar con información detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y •
calidad de agua c). Aguas subterráneas Parte de la precipitación en la cuenca se infiltra en el suelo hasta la zona de saturación, formando así las aguas subterráneas. La explotación de estas dependerá de las características hidrológicas y de la formación geológica del acuífero. La captación de aguas subterráneas se puede realizar a través de manantiales, galerías filtrantes y pozos (excavados y tubulares). •
SELECCIÓN DEL TIPO DE FUENTE •
En la mayoría de poblaciones rurales de nuestro país, existen dos tipos de fuentes de agua: superficial y subterránea. La primera representada por las quebradas, riachuelos y ríos, que generalmente conduce agua contaminada con la presencia de sedimentos y residuos orgánicos; siendo necesario plantear para su captación un sistema de tratamiento, que implica la construcción de obras civiles como bocatomas, desarenadores, cámaras de filtros e instalación de sistemas de cloración. Plantear dicha alternativa representa un costo elevado y en la mayoría de centros poblados rurales del paísalesta propuesta noque tiene resultados satisfactorios debidos principalmente mantenimiento requiere el sistema.
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La segunda alternativa representada por manantiales localizados en la parte alta de la población, generalmente tiene agua de buena calidad, y es el tipo de fuente considerada en los sistemas de abastecimiento de agua potable por gravedad sin tratamiento.
MANANTIALES •
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Lugar donde se produce un afloramiento natural de agua subterránea, fluye a través de una formación de estratos con grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, estos bloquean el flujo subterráneo del agua y permiten que aflore a la superficie. Los manantiales se localizan en las laderas de las colinas y los valles ribereños. En los de ladera ascendente el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en forma hacia la superficie.
CANTIDAD DE AGUA •
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La mayoría de sistemas de abastecimientos de agua potable en las poblaciones rurales de nuestro país, tiene como fuente los manantiales Lo ideal sería que los aforos se efectuaran en la temporada crítica de rendimientos que corresponde a los meses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales mínimos y máximos. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura. Se recomienda preguntar a los pobladores de mayor edad acerca del que ellos conoceny con comportamiento las mayor variaciones certeza de si caudal la fuente que de pueden agua existir se secaen o no. el manantial, ya Existen varios métodos para determinar el caudal de agua y los más utilizados en los proyectos de abastecimiento de agua potable en zonas rurales, son los métodos volumétrico y de velocidad-área. El primero es utilizado para calcular caudales hasta un máximo de 10 11% y el segundo para caudales mayores a 10 11s.
A. MÉTODO VOLUMÉTRICO •
Para aplicar este método es necesario encauzar el agua generando una comente del fluido de tal manera que se pueda provocar un chorro (ver Figura 1). Dicho método consiste en tomar el tiempo que demora en llenarse un recipiente de volumen conocido. Posteriormente, se divide el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniéndose el caudal (l/s). Q= V/t dónde: Q =Caudal en l/s. V =Volumen del recipiente en litros. t =Tiempo promedio en seg.
B. MÉTODO DE VELOCIDAD-ÁREA •
Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre del manantial tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en una sección uniforme, habiéndose previamente definido la distancia entre ambos puntos (ver Figura 2). Cuando la profundidad del agua es menor a 1 m., la velocidad promedio del flujo se considera el 80% de la velocidad superficial. donde: Q =Caudal en l/s. V =Velocidad superficial en mis. A =Área de sección transversal en m2.
OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIALES a) Datos Hidrológicos Gasto medio, máximo y mínimo Niveles de agua normal, extraordinario y mínimo Características de la cuenca, erosión y sedimentación Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes b) Aspectos Económicos Planeamiento de opciones, elección de la más económica que cumpla con los requerimientos técnicos Costos de construcción, operación y mantenimiento Costo de las obras de protección Tipo de tenencia del terreno Tipos de obras de toma. Dependiendo de las características hidrológicas de la corriente, las obras de captación pueden agruparse en los siguientes cuatro tipos: • • • •
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OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIALES C) Condiciones topográficas •
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El levantamiento topográfico constituye la determinación de la morfología del terreno y del cauce de agua, lagos, embalses, en el lugar del proyecto. Debe incluir plano topográfico de la hoya alimentadora, secciones transversales y perfiles longitudinales de los cursos de aguas aprovechables, superficie ocupada por lagos y terrenos bajos, y otros según corresponda.
OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIALES d) Condiciones geológicas Se debe realizar un reconocimiento geológico del lugar donde será emplazada la captación para determinar las posibles fallas geológicas, las zonas de deslizamiento y las zonas de hundimiento. e) Condiciones geotécnicas •
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Los estudiosadmisible geotécnicos deben determinar las condiciones de estabilidad y resistencia de los suelos, para considerar las precauciones necesarias en el diseño de obras civiles. Información de los tipos de suelos son necesarios para estimar los costos de excavación, los cuales son diferentes para los suelos arenosos, gravosos, rocosos y otros.
OBRAS DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS •
El agua subterránea existe casi en cualquier parte por debajo de la superficie terrestre, la exploración de la misma consiste básicamente en determinar en dónde se encuentra bajo las condiciones que le permitan llegar rápidamente a los pozos a fin de poder ser utilizada en forma económica. La manera práctica de hacer lo anterior incluye la aplicación de conocimientos técnicos, experiencia en la perforación y sentido común
PROCESO DE POTABILIZACION DEL AGUA Consiste en tratar el agua de ríos y presas mediante procesos de separación tanto físico como químico, con el fin de obtener agua apta para el consumo humano. •
Captación del agua cruda.-Toda el agua cruda es obtenida de una presa (Salazar Barragán) o un rio, de donde es captada por bombas provistas de rejas que impide la penetración de elementos de gran tamaño (ramas, troncos, peces, etc.), y es conducida por medio de tuberías hasta la planta de tratamiento (El Ceibal). a) . Desarenprevio. ado.- antes de la aplicación de ozono el agua pasa por un desarenado b).Oxidación.-La aplicación de ozono es el mejor proceso para la oxidación de las sustancias presente en el agua, el ozono es el más fuerte oxidante conocido, reacciona rápidamente con el metano, gas sulfhídrico, hierro, manganeso, amoniaco, algas, bacterias, virus, DBO, DQO, además como consecuencia elimina olor y sabor. En la oxidación también se puede utilizar permanganato de potasio.
SISTEMA DE OZONIZACIÓN El ozono es un gas inestable, que se obtiene por la acción ionizante, sobre el oxígeno de un campo eléctrico creado por un potencial elevado. Industrialmente se obtiene haciendo pasar una corriente de aire o de oxigeno entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial alterno. La diferencia de potencial a que se someten los electrodos es en función de la naturaleza y del dieléctrico, así como la distancia entre los electrodos. En la práctica, se utilizan entre 6000-20000 v. O2 + e ===== 2O + calor (ec.1) 2O + 2O 2==== 2O3 (ec.2) Después de producido, el ozono debe ser mezclado rápidamente con el agua cruda en una cámara de oxidación donde son eliminados los contaminantes antes mencionados. El ozono residual en el agua es de 6 ppm, el tiempo de oxidación es de alrededor de 12 minutos.
Mezcla rápida •
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En esta etapa se agrega al agua productos químicos. Los principales son sulfato de aluminio, cal hidratada, polímero el cual se vierte en tiempo de verano. Pilicloruro de aluminio, cal hidratada y polímero en invierno, ya que es más eficiente, pero es un poco más caro. La función del sulfato de aluminio, policloruro de aluminio y la cal hidratada es la de ser coagulante y la del polímero de ser floculante, la cal hidratada posee otra función que es la de regular el PH por lo que la cantidad a suministrar estará en función del PH del agua cruda. La mezcla rápida se la realiza en un reservorio especial provisto de un juego de aspas el cual agita el agua gran velocidad mediante la fuerza de un motor hasta homogenizarlos con los químicos.
Floculación y decantación •
Una vez terminada la mezcla rápida el agua pasara a otro reservorio donde se dejara en reposo y empezara la coagulación (el agua espesara), a la vez el polímero comenzara su función formando los floc (pequeñas partículas pegajosas a la cual se unirán materias orgánicas y bacterias presentes en los coágulos) cayendo al fondo por efecto de la gravedad. Terminado este paso el agua aclara.
Cloración
Consiste en agregar gas cloro el cual se encarga de eliminar bacterias que aun hayan quedado presentes en el agua, la cloración se la realiza mediante un diafragma el cual inyecta cloro en el agua, también flúor silicato de sodio cuya función es eliminar calcio se queagrega pudiera tapar las tuberías.
FILTRACIÓN
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Consiste en pasar el agua a través de materiales porosos, capaces de retener algunas de sus impurezas, estos medios porosos por lo general son arena y grava de diferentes tamaños, también como filtro se utiliza la antracita que es un material que elimina el olor sabor del agua. Durantesuspendidas, el proceso debacterias, filtraciónalgas ocurre la retención de partículas etc.
POST CLORACIÓN
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Luego de la filtración se vuelve realiza otra cloración para garantizar la eliminación completa de gérmenes, además para garantizar que el agua llegue con la cantidad de cloro especificada por la OMS (0.3ppm), desde los de post cloración se envía elcon agua con 1.5 ppm el cualpuntos se volatiza o tiende a reaccionar elementos comode el cloro hierro, manganeso, nitritos presente en el agua por lo cual tiende a disminuir su concentración. . Después de la cloración el agua ira a los reservorios de donde se enviara por medio de bombeo a las redes de distribución pública.
ANÁLISIS DE CONTROL DE CALIDAD Son indispensables para el buen andamiento del tratamiento del agua, son estos los que determinan los parámetros mínimos dentro de los cuales se puede tener seguridad de estar produciendo agua de buena calidad. Entre los principales tenemos: PH.- agua cruda, agua floculada, agua decantada, agua final. Color.- agua cruda, agua decantada, agua filtrada, agua final. Turbidez.- agua cruda, agua decantada, agua filtrada, agua final. Alcalinidad.- agua cruda, agua filtrada, agua final. Ozono residual.-agua ozonizada. Cloro final.-agua filtrada, agua final. El PH debe estar comprendido entre 6.5-8.5 y una turbidez inferior a 5 Unid. Jackson de Turb, el color debe ser menor a 15 Unid de Pt– Co (color real).
Parámetros de control del agua
OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIAL Tipos de captación El tipo de captación se debe fijar de acuerdo con las características geológicas, hidrológicas y topográficas de la zona o cuenca. Los tipos más Corrientes de captación son: Captación lateral Captación en lagos lagunas y embalses •
Captación flotante móvil
Captación
Captación
de manantiales de alta montaña Captación de agua de mar Capación de aguas lluvias Captación
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN •
Captación lateral: Consiste en una estructura de captación ubicada en un punto situado en la orilla y a una altura conveniente del fondo del curso alimentador
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN •
Captación en lagos, lagunas y embalses: En lagos y lagunas la captación se debe hacer lo más alejada de la orilla y su entrada debe estar a una altura mayor o igual que 1,50 m del fondo y a una profundidad mayor o igual que 0,60 m de la superficie del agua, cuando estas condiciones sean posibles. De acuerdo con las necesidades de captación y con el régimen de volumen alimentado
se pueden proyectar diferentes niveles. torres de captación para entregas de agua a
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN
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Captación flotante con elevación mecánica: Cuando el cuerpo de agua en donde se instala la captación (río, lago o laguna) tiene variaciones considerables de alturas conservando en aguas mínimas un caudal o volumen importante, se puede, por
economía, instalar captación anclada al fondo o alalas orillas. flotante sobre una superficie
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN •
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Captación móvil con elevación mecánica: En los ríos de gran caudal con variaciones estacionales importantes de altura se pueden proyectar estaciones de bombeo que se bajen o levanten, guiadas por rieles inclinados instalados en la orilla del río y accionados por medios mecánicos fijos. Captación de manantiales: En el diseño de la captación se debe cumplir con los requisitos siguientes: construir un vertedero al nivel natural de afloramiento; colocar un registro y válvula en la tubería de aducción para regular el caudal; colocar un desagüe de fondo para la limpieza de la cámara de captación y una ventilación.
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN Captación de alta montaña: Se aplica en ríos con caudales habituales reducidos y grandes crecidas ocasionales. Su diseño debe considerar los objetivos siguientes: La capacidad de la captación se proyecta para el caudal habitual del cauce. Tanto la captación como las obras de protección deben permitir el paso de la crecida sin influenciar notoriamente su comportamiento hidráulico, incluso si eso significa la destrucción de las obras. •
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN •
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Captación directa de aguas lluvias: Una superficie de recogida de agua, que debe estar limpia y ser lo suficientemente impermeable como para no permitir que cierta parte importante del agua precipitada se pierda por infiltración en el terreno.
Un estanque en el que se almacene el agua, que se construye subterráneo o tapado para minimizar las pérdidas por evaporación y preservar la temperatura del agua.
REQUISITOS POR TIPO DE CAPTACIÓN •
Captaciones de agua de mar: La captación de agua de mar se puede realizar mediante pozos, en el caso de que la permeabilidad del terreno lo permita; en caso contrario se recurre a una captación directa de agua de mar mediante tuberías situadas en el lecho marino.
COMPONENTES DE LAS ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN A) Toma de agua: Las tomas se deben construir de acuerdo con lo especificado en los planos del proyecto para cada tipo de obra de toma. Las tomas de agua a través de tuberías se deben ubicar a la máxima altura posible para evitar que se obstruyan por sedimentos. Las tuberías se deben la acción lascon aguas y deben ser dotadas de válvulasproteger para la contra interrupción del de flujo la posibilidad de una fácil maniobra. •
COMPONENTES DE LAS ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN •
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B) Rejas para sólidos flotantes: En las captaciones laterales se debe utilizar una rejilla para la retención de sólidos flotantes construida con barras metálicas separadas de 3 mm a 5 mm, soportadas en un marco de plancha de fierro galvanizado.
En captaciones mediante canales de derivación de un curso superficial es recomendable la instalación de por lo mínimo dos rejas con diferente espaciamiento entre barras.
COMPONENTES DE LAS ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN •
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C) Cámaras de captación: La cámara de captación es el elemento estructural de las obras de toma lateral, mediante el cual se reparte el caudal deseado a los demás componentes de la captación y el caudal remanente es retornado al río a través de un vertedero de rebase. El diseño del vertedero es para el caudal máximo de captación. D) LosCanales canales: deben ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione erosión ni sedimentación natural.
Cuando exista el riesgo de deslizamientos o roturas, los canales deben ser revestidos con hormigón armado o simple; también se pueden emplear rocas con base de mortero y recubiertas o enlucidos con cemento.
REQUISITOS GENERALES DE OBRAS DE CAPTACÍON •
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Diseño: Las obras de captación de aguas superficiales se deben diseñar para obtener el caudal en las condiciones requeridas, reduciendo al mínimo los costos de operación y mantenimiento; para este efecto se deben seleccionar materiales que garanticen su vida útil, dimensionando sus elementos estructurales a fin de obtener costos de construcción razonables.
El diseño de las obras de captación debe contemplar estructuras para el alivio o descarga de las mismas. Se deben determinar los medios para evitar la entrada de materiales o cuerpos extraños
RIESGO DE CONTAMINACIÓN Y PROTECCIÓN DE LAS AGUAS SUPERFICIALES PARA AGUA POTABLE •
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Toda obra de captación de aguas superficiales destinada al abastecimiento de agua potable debe ser ubicada, en lo posible, en zonas no inundables y donde los riesgos de contaminación sean reducidos. En el área de captación de contaminante aguas superficiales se debe las características de la carga generada por evaluar las actividades existentes en ella, con el objetivo de identificar los riesgos de contaminación.
LOCALIZACIÓN DE LAS OBRAS DE CAPTACIÓN
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Las captaciones se deben ubicar de manera que no modifiquen el flujo normal de la fuente, ya que cualquier cambio forzado puede causar desbordes e inundaciones aguas arriba de la captación. En lo posible, deben ser construidas en zonas que no causen erosión ni sedimentación y aguas arriba de la localidad por abastecer, procurando aislarlas lo más posible de las fuentes locales de contaminación.
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Gracias
