MANUAL PARA AFORO Y DESINFECCIÓN DEL AGUA

MANUAL PARA AFORO Y DESINFECCIÓN DEL AGUA

Herramientas conceptuales para la capacitación de operadores de sistemas de agua potable

Ing Carlos Falconí G.

QUITO – ECUADOR ABRIL 2009

INDICE INDICE .......................................................... ............................................................... .............................. 1 INDICE DE ILUSTRACIONES...............................................................................................................3 PREFACIO.................................................................................................................................................4 ACERCA DEL AUTOR .............................................................. .............................................................. 5 MANUAL PARA AFORO Y DESINFECCIÓN DEL AGUA POTABLE POTABLE ........................................... 6 1.

AFORO DEL CAUDAL DE AGUAS............................................................................................6 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

2.

INEXISTENCIA DE ESTRUCTURAS PARA LA MEDIDA DEL CAUDAL.............................7 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3

3. 4.

6 7

9 10

Productos químicos más utilizados ......................................................................................9 Verificación del porcentaje de cloro activo en los productos ..............................................9 Modalidades de cloración ........................................................... ......................................... 9 Cálculo de la cantidad de producto a utilizar en la desinfección.......................................10 Corrección del volumen de solución por la inestabilidad del producto.............................10 Instalación de los equipos de electrolisis de sal común ..................................................... 11 Limpieza y mantenimiento del electrodo ........................................................... ................. 11 Calibración del caudal caudal a aplicar de la solución clorada ................................................... 11 El aforo químico ...................................................... ...........................................................12 ...... .....................................................12

ANEXO A: CARACTERÍSTICAS DE LOS VERTEDEROS TRIANGULARES......................13 5.1 5.2

Sensibilidad de medida de los vertederos triangulares ...................................................... 13 Desarrollo Desarrollo de tablas tablas de valores para ángulos variables....................................................13

6.1 6.2

El aforo en tanques rompe – presión y de reserva .............................................................16 El aforo en estaciones d e bombeo con tanques de reserva.................................................16

ANEXO B: AFOROS VOLUMÉTRICOS...................................................................................16 ANEXO C AFOROS AREA - VELOCIDAD..............................................................................18

7.1 7.2

8

Métodos de aforo posibles....................................................................................................7 El aforo volumétrico.............................................................................................................7 El aforo área – velocidad ............................................................. ........................................ 8 El aforo químico ...................................................... ............................................................. 8

EL AFORO DEL CAUDAL EN POZOS .......................................................................................8 LA DESINFECCIÓN DEL AGUA CON CLORO.........................................................................9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.5 4.6

5

Existencia de estructuras para la medida del caudal...........................................................6 Tipo de vertedero recomendado y fórmulas de cálculo........................................................6 Ubicación e instalación instalación del vertedero vertedero para el aforo............................................................ aforo......... ................................................... 6 Toma de la medida de la carga de agua...............................................................................6 Determinación del caudal de aguas en la planta .................................................................7

El aforo con principios de cinemática................................................................................18 El aforo mediante la altura d e chorro vertical de agua de una tubería ............................. 19

ANEXO D DESINFECCIÓN DEL AGUA..................................................................................21 8.1 8.1.1 8.1.1.1 8.1.1.2 8.1.1.3 8.1.2 8.1.2.1 8.1.2.2 8.1.2.3 8.2 8.3 8.3.1 8.4 8.5 8.6 8.7

Cuantificación del porcentaje de cloro activo....................................................................21 Proceso Iodométrico...........................................................................................................21 Equipo............................................................................................................................21 Procedimiento................................................................................................................21 Cálculo de la concentración de cloro disponible: ......................................................... 21 Proceso de dilución ........................................................... ................................................. 21 Equipo............................................................................................................................21 Procedimiento................................................................................................................21 Cálculo de la concentración de cloro disponible: ......................................................... 22 Ventajas de la cloración a punto de quiebre ............................................................... .......22 ....... 22 Tablas de valores, cantidades diarias de reactivo a consumir...........................................23 Hipoclorito de calcio ......................................................... ................................................. 23 Hipoclorito de sodio .......................................................... ................................................. 25 Calibración del caudal caudal a aplicar de la solución clorada ................................................... 27 Utilización de bombas dosificadoras automáticas ....................................................... ......27 ...... 27 Leyes de la electrolisis........................................................................................................28

AFORO QUÍMICO............................................................. QUÍMICO ......................................................................................................................29 .........................................................29 HERRAMIENTAS DE EXCEL PROVISTAS CON ESTE MANUAL.......................................32

2

11

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. ............................ 32

INDICE DE ILUSTRACIONES 1 EXPRESIONES DE CÁLCULO Y ESQUEMA DE UN VERTEDERO TRIANGULAR DE CRESTA DELGADA................6 2 UBICACIÓN DEL SITIO DE MEDIDA DE LA CARGA DE AGUA, Y, DEL PUNTO DE APLICACIÓN DE LA SOLUCIÓN ............................... ..............................................................................................................7 CLORADA .............................................................................................................................................7 3 CLORACIÓN A PUNTO DE QUIEBRE ....................................................................................... .....................10 4 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 22.5 22.5º .....................13 5 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 30º ........................14 6 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 45º ........................14 7 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 60º ........................14 8 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 90º ........................15 9 TABLA DE VALORES PARA AFORAR CAUDALES CON UN VERTEDERO TRIANGULAR DE 120º ......................15 10 TABLA DE VALORES PARA AFORAR EN TANQUES ROMPE - PRESIÓN ........................................................16 11 AFORO VOLUMÉTRICO EN UN TANQUE ROMPE - PRESIÓN. DETALLE DE LA MANGUERA DE GAS EMPOTRADA EN UNA BOLA DE GOMA, PARA PERMITIR EL INGRESO DE AIRE. LA MEDICIÓN DEL ASCENSO DEL NIVEL DE AGUA DEBE SER SIMULTÁNEA. SE REQUIERE LA INTERVENCIÓN DE 2 O 3 PERSONAS................................................................................................................................ ..........16 12 DIAGRAMA EXPLICATIVO DE LAS MEDICIONES PARA EL AFORO CON PRINCIPIOS DE CINEMÁTICA ..........18 13 TABLA DE VALORES PARA EL AFORO DEL CAUDAL EN UNA TUBERÍA DE DIÁMETRO 3/4"........................19 14 ESQUEMA EXPLICATIVO Y FÓRMULAS DE CÁLCULO PARA EL AFORO MIDIENDO LA ALTURA DEL CHORRO VERTICAL DE AGUA CON ALTURA PEQUEÑA .......................................................................................19 15 ESQUEMA EXPLICATIVO Y FÓRMULAS DE CÁLCULO PARA EL AFORO MIDIENDO LA ALTURA DEL CHORRO VERTICAL DE AGUA CON ALTURA GRANDE ........................................................................ ................20 16 COMPARADORES DE CLORO CON BASE A ORTOTOLIDINA Y DIETIL - PARA - FENILENDIAMINA (DPD).....22 17 DETALLE EXPLICATIVO DE LA CURVA DE CLORACIÓN A PUNTO DE QUIEBRE ..........................................22 18 TABLA DE VALORES CON LAS CANTIDADES DIARIAS DE HIPOCLORITO DE CALCIO, EN FUNCIÓN DEL CAUDAL AFORADO (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 1.0 MG/L)...............................................23 19 TABLA DE VALORES CON LAS CANTIDADES DIARIAS DE HIPOCLORITO DE CALCIO, EN FUNCIÓN DEL CAUDAL AFORADO (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 1.5 MG/L)...............................................24 20 TABLA DE VALORES CON LAS CANTIDADES DIARIAS DE HIPOCLORITO DE CALCIO, EN FUNCIÓN DEL CAUDAL AFORADO (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 2.0 MG/L)...............................................24 21 VOLÚMENES DIARIOS (EN LITROS) DE SOLUCIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO OBTENIDA DE UN EQUIPO CLORID L-30, A MEZCLAR EN EL TANQUE HIPOCLORADOR (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 1.0 MG/L)...........................................................................................................................................25 22 VOLÚMENES DIARIOS (EN LITROS) DE SOLUCIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO OBTENIDA DE UN EQUIPO CLORID L-30, A MEZCLAR EN EL TANQUE HIPOCLORADOR (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 1.5 MG/L)...........................................................................................................................................26 23 VOLÚMENES DIARIOS (EN LITROS) DE SOLUCIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO OBTENIDA DE UN EQUIPO CLORID L-30, A MEZCLAR EN EL TANQUE HIPOCLORADOR (CONCENTRACIÓN DE CLORO RESIDUAL 2.0 MG/L)...................................................................................................................................... .....26 24 EQUILIBRIO QUÍMICO ENTRE CONCENTRACIONES DE CLORO Y CAUDALES A TRATAR TRATAR Y A DOSIFICAR .....30 25 TABLA DE VALORES PARA EL AFORO VOLUMÉTRICO EN EL VOLUMEN DE CONTROL...............................31 26 TABLA DE VALORES PARA REALIZAR EL AFORO QUÍMICO.......................................................................31 27 K IT IT PARA COMPROBACIÓN DE CLORO (ORTOTOLIDINA) Y CONTROL DE PH (ROJO FENOL); RECIPIENTE VOLUMÉTRICO DE 50 MILILITROS (CALIBRACIÓN DEL CAUDAL DE LA SOLUCIÓN CLORADA); BALANZA ................. 31 MANUAL GRADUADA (APRECIACIÓN 25 GRAMOS) ............................................................ .................31

3

PREFACIO Este manual nació como resultado de algunas experiencias del autor, vinculadas a la evaluación de plantas de agua potable que ha complementado consultorías relacionadas con tarifas, catastro del servicio, capacitación de operadores de sistemas municipales, unidades militares y juntas administradoras del servicio (JAAPS), o, con el acompañamiento de la puesta en marcha de unidades administradoras de los sistemas como, por ejemplo, las empresas municipales municipales de servicios básicos. En esos procesos, uno de los aspectos más deficitarios es precisamente la desinfección del agua potable. Con demasiada frecuencia, la causa es que los operadores no han sido capacitados para efectuar mediciones del caudal de ingreso a la planta o potabilizado por ésta; incluso, los supervisores de los operadores, en ocasiones profesionales de la ingeniería civil, no conocen los caudales que tratan los sistemas de potabilización de cuya operación son corresponsables. corresponsables. Los ingenieros civiles (hidráulicos y sanitarios) pueden argumentar que, en vista del grado de escolaridad más bien bajo de los operadores, no es posible enseñar sino recetas como la cantidad de cloro a mezclar cada día en un tanque dosificador de un cierto volumen. Esta práctica se ha establecido incluso mediando la aplicación de proporciones equivocadas de reactivos (que pueden ser generados en el sitio) por desconocimiento o equivocación al asignarles un porcentaje de pureza que no corresponde. Cuando se hace una evaluación de los sistemas, los ingenieros extraen la conclusión, también equivocada, de que los operadores no aplican los lineamientos o la “receta” facilitada para el tema de la cloración del agua potable. Se hace “cabeza de turco” de los operadores de los sistemas de manera injusta. Este manual, por extraño que parezca, no está dirigido a los operadores de agua sino a los ingenieros civiles que lidian con temas de diseño, construcción, fiscalización y operación de los sistemas. Es penoso constatar: que en los diseños no se haya previsto elementos que faciliten la medición de caudales (vertederos para el aforo); o, que en la etapa de construcción, estos elementos no son instalados; o, que en la operación de los sistemas, integrados los vertederos en las estructuras no se haga uso de aquellos porque se carece de elementos para generar ayudas didácticas. El ingeniero debe saber aplicar conocimientos y procedimientos que le permitan conocer el caudal de agua a tratar, dato imprescindible para ajustar concentraciones de reactivos en el tratamiento del agua. Pero no termina allí su responsabilidad. El profesional debe idearse recursos para enseñar y motivar a los operadores a utilizar dichas estructuras, aforar los caudales de agua y dosificar los químicos en función de este dato. Su labor de supervisión debe orientarse a ello, pero él debe generar las “herramientas conceptuales” que los operadores utilizarán en sus tareas diarias y asegurarse que paulatinamente ellos las dominen y sean capaces incluso de transmitir a otros sus conocimientos y capacitarlos en el desarrollo de destrezas y habilidades propias de la actividad. El ingeniero no sólo encontrará su recompensa cuando constate que existe cloro residual en las redes de distribución, sino también cuando experimente su propio crecimiento al ver crecer a otros, sin dejar de lado que el mismo profesional aprenderá habilidades de aquellos a quienes supervisa. 4

ACERCA DEL AUTOR Carlos Falconí Gomezjurado, nacido en Quito (Ecuador) hace 51 años. Ingeniero Civil desde hace 25 años (graduado en la Universidad Central del Ecuador), ha desarrollado su actividad en temas de proyectos de agua potable, alcantarillado, residuos sólidos, protección ambiental. La asistencia técnica a gobiernos locales y unidades militares, le ha permitido desarrollar desarroll ar herramientas herramienta s conceptuales para la capacitación especialmente de operadores de los sistemas, que en este manual se ofrece a manera de ilustración pues cada sistema en particular requerirá de introducir los ajustes que sean necesarios. El autor agradece los comentarios que usuarios de este documento puedan efectuar para su mejoramiento. mejoramiento. Email: [email protected]

Se autoriza la utilización de este manual, con fines didácticos no comerciales y citando la fuente. Quito, Ecuador. Enero de 2007 Revisión Abril 2009

5

MANUAL PARA AFORO Y DESINFECCIÓN DEL AGUA POTABLE 1. AFORO DEL CAUDAL DE AGUAS 1.1

Existencia de estructuras para la medida del caudal

Toda planta de tratamiento para agua potable, debe contar con elementos hidráulicos o vertederos que permitan efectuar el aforo o la medida del caudal de aguas.

1.2

Tipo de vertedero recomendado y fórmulas de cálculo

Para pequeños caudales, son recomendables los vertederos de sección triangular e isósceles: los catetos del triángulo que convergen hacia el vértice inferior o escotadura, deben ser iguales. El esquema y expresiones de cálculo se explican a continuación: B

VERTEDERO TRIANGULAR

Q = μ

8 15

μ

*

= 0 . 565

Q _ en _ m

2 g * tan g + 3

0 . 087 h

α

2

* h

5

2

* _( h _ en _ m )

− ( h _ en _ cm ) H

/ s

α

1 Expresiones de cálculo y esquema de un vertedero triangular de cresta delgada

Donde

Q μ

g h α

1.3

caudal en m3/s o l/s, según las unidades que convenga coeficiente de descarga del vertedero aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) altura de la lámina de agua sobre la escotadura inferior del vertedero (m, excepto en el cálculo de μ) ángulo de la escotadura inferior del vertedero triangular

Ubicación e instalación del vertedero para el aforo

El vertedero triangular debe estar ubicado, de preferencia, a la salida de las unidades de filtración (si las hay) o, en todo caso, en un punto anterior al ingreso del tanque de reserva, para aprovechar la turbulencia de la mezcla aguas abajo del vertedero y dosificar la solución clorada. Debe cuidarse que la bisectriz del ángulo de la escotadura inferior esté colocada en forma perpendicular. Por lo tanto, la parte superior del vertedero debe estar perfectamente nivelada.

1.4

Toma de la medida de la carga de agua

La medición de la altura de agua h, debe hacerse de preferencia a una distancia equivalente a cuatro veces la carga de agua:

6

Sitio preferente preferente para aplicación de la solución clorada (turbulencia)

h Sitio preferente preferente para medida de la altura de agua h

4H

≈

2 Ubicación del sitio de medida de la carga de agua, y, del punto de aplicación de la solución clorada

El nivel del vértice inferior del vertedero triangular puede ser transportado a una referencia fija en las paredes del canal o cajón de acceso del agua, a la distancia recomendada en el numeral anterior. Sobre esa referencia fija, el operador efectuará la medida con una exactitud de milímetros (o líneas) valiéndose de un metro o de una regla graduada.

1.5

Determinación del caudal de aguas en la planta

En el Anexo A, en el cual se analiza el tema de la sensibilidad de medida de los vertederos triangulares, constan tablas desarrolladas para ángulos variables y se explica el uso de las mismas.

2. INEXISTENCIA DE ESTRUCTURAS PARA LA MEDIDA DEL CAUDAL 1 2.1

Métodos de aforo posibles

Los métodos de aforo posibles son: • • •

El aforo volumétrico, El aforo basado en principios de área – velocidad, El aforo químico.

2.1.1

El aforo volumétrico

El aforo volumétrico requiere conocer la magnitud de un volumen de control, que debe guardar proporción con el caudal de agua que se mida a fin de que el tiempo cronometrado entre el inicio y el fin del llenado sea suficientemente representativo. Se recomienda tomar varias medidas y promediarlas. Se puede desarrollar tablas de valores, de acuerdo a las dimensiones del recipiente, tanque rompe – presión o de reserva, para el llenado total o el registro de alturas determinadas de sobre – elevación del agua. En función del tiempo cronometrado, la tabla de valores informa sobre el caudal aforado. Las aplicaciones de este método de aforo se desarrollan en el Anexo B, y, se vinculan con: • •

El aforo en tanques rompe – presión o de reserva, El aforo de equipos de bombeo en relación con tanques de reserva.

1

En sistemas de agua potable en los cuales no existan estructuras que sean útiles para la medición de caudales, se dificulta las tareas de los operadores particularmente para la cloración del agua. Esta situación debería ser una excepción y no constituir la norma.

7

2.1.2

El aforo área – velocidad

Se fundamenta en la determinación del área o sección media mojada A (m 2), por donde circula el agua con una velocidad media υ (m/s). Se aplica en: •

Canales de sección regular: o Se determina la velocidad mediante molinetes o flotadores, Los molinetes tienen ecuaciones de calibración y el resultado es bastante exacto, Si se utilizan flotadores, de preferencia lastrados; se promedian los cocientes de la longitud respecto al tiempo de travesía para obtener la velocidad, y, este valor se multiplica por el del área mojada afectado por un valor de corrección que varía entre 0,60 y 0,80 Tuberías de entrada o de salida de unidades de la planta Tuberías con salida vertical (altura del chorro de agua) 



• •

Las aplicaciones para tuberías de entrada o salida de unidades de la planta, o, para tuberías con salida vertical, se desarrollan en el Anexo C.

2.1.3

El aforo químico

Se basa en la alimentación instantánea o sostenida de un elemento químico que actúa como trazador. La concentración de dicho elemento se determina en forma previa y posterior a la dosificación. Su discusión se realiza, conjuntamente con la cloración, más adelante.

3. EL AFORO DEL CAUDAL EN POZOS 2 Se puede efectuar mediante aforos volumétricos, contando con un tanque de 55 galones (208.2 litros) Durante el bombeo se posibilita el llenado del tanque y se mide el tiempo transcurrido para el propósito. El volumen obtenido se divide para el tiempo que tomó el llenado y se obtiene el caudal de bombeo. A partir de las investigaciones hidrogeológicas, durante la perforación del pozo y el bombeo de prueba, se necesitan perforaciones de pozos de observación donde se puedan medir los descensos del nivel durante el bombeo. Entonces, es posible aplicar fórmulas más complejas como las de Thiem: Para pozos artesianos (surgentes) Q=

2π km( s2 − s1 ) 2.303 log

r 2 r 1

Para pozos con nivel freático Q = π k

(m − s2 ) 2 − (m − s1 ) 2 2.303 log

r 2 r 1

2

Operación Operación y m antenimiento de plantas de tratamiento de agua. Manual de capacitación para operadores, Capítulo 5 Hidrometría, pág. 318. OPS/CEPIS/PUB/02.76. Lima, 2002.

8

Donde

Q K s1, s2 r1, r2

caudal del pozo permeabilidad del acuífero abatimientos o descensos del nivel del agua verificados en pozos de observación distancia de los pozos de observación respecto al pozo de bombeo.

4. LA DESINFECCIÓN DEL AGUA CON CLORO 4.1

Productos químicos más utilizados

Los productos químicos más utilizados, en el caso particular de las Juntas Administradoras de Agua Potable y Saneamiento (JAAPS), son los siguientes: • •

4.2

Hipoclorito de calcio, HTH, que viene en presentación granular a una concentración del 65% 3 , en tanques de 22.5 y 45 kilogramos, Hipoclorito de sodio, generalmente obtenido mediante sistemas de electrolisis en sitio, mediante la disolución de sal en agua y el paso de corriente eléctrica. La concentración de cloro activo es variable, del 0.1% al 0,6%. Los equipos fabricados en el Ecuador, de acuerdo con datos de uno de los fabricantes, entregan una solución de hipoclorito de sodio con una concentración de 1.25% 4 , 5 .

Verificación del porcentaje de cloro activo en los productos

Es recomendable verificar el por po r centaje centaje de cloro activo en los productos químicos que se utilice. 6 Los métodos más utilizados son : • •

El método iodométrico (considerado más exacto), El método de disolución (fácil de aplicar y que utiliza el comparador de cloro con tabletas de DPD).

Los métodos antes citados se describen en el Anexo D.

4.3

Modalidades de cloración

La dosificación de cloro se puede hacer en tres modalidades: • • •

Cloración marginal, que mantiene un nivel de cloro residual pequeño ( ≈0.2 mg/l), sin considerar si el residuo está en forma de cloro combinado o cloro residual. Cloración residual combinada, aprovechando el nitrógeno amoniacal existente en el agua o agregándolo para que reaccione con el cloro y forme cloraminas. Cloración residual libre, en la cual mediante una super - cloración se induce la destrucción del cloro combinado y se obtienen residuales de cloro libre, como se explica en el gráfico.

3

La literatura técnica refiere 70% (AWWA, Control de calidad y tratamiento del agua, pág. 648). Determinaciones analíticas en laboratorios químicos arrojan concentraciones efectivas entre 65 y 66%, para hipoclorito de calcio de reciente fabricación. Cuando el reactivo es guardado largo tiempo, a veces en malas condiciones, la concentración del cloro activo disminuye a menos del 60%. 4 En concentraciones superiores al 10%, el hipoclorito de sod io es inestable. 5 CLORID S.A., Catálogo de los productos. Se disuelven 1000 gramos de sal en 30 litros de agua, y, se hace pasar la corriente eléctrica durante 24 horas. La concentración de 1% equivale a 10000 mg/l o g/m 3. 6 Méndez, Nery Martín Ing. Manual de instalación, op eración y mantenimiento para los generadores de hipoclorito de sodio “in situ” AQUACHOLR AC25 y AC50 solar, pág. 13 y 14. Guatemala.

9

3 Cloración a punto de quiebre

4.4

Cálculo de la cantidad de producto a utilizar en la desinfección

El cálculo de la cantidad de reactivo a utilizar, está en función del caudal de agua en la planta, de la dosis de cloro a obtener en el agua de distribución y de la concentración de cloro activo en el producto que se utilice: g _ reactivo / día = 86.4 * Q * c / % _ CA

Donde Q caudal del suministro en litros por segundo (l/s) c concentración de cloro en el agua (g/m 3) 7 %CA porcentaje de cloro activo en el reactivo utilizado La producción de hipoclorito de sodio por electrólisis 8 de la sal común, arroja para cada equipo en particular, una concentración de cloro activo en la solución final en gramos por litro de solución al cabo de un número determinado de horas. En este caso, se calcula los volúmenes parciales de la solución obtenida a mezclar en el volumen total del tanque hipoclorador, en función de la concentración a obtener en éste. Cada día, el hipoclorito de sodio producido pierde 0,75 gramos de cloro activo. l _ sol _ equipo =

Conc _ sol _ hipoclorad or _(mg / l ) *Vol _ hipoclorad or _(l )

Donde l_sol_equipo Con_sol_hipoclorador g/l_sol_equipo

1000 _(mg / g ) * g / l _ sol _ equipo litros de solución a utilizar por día (l) mg/l de concentración de cloro en el agua del tanque hipoclorador (mg/l) concentración de cloro activo en la solución (g/l)

Para todos los casos, si el suministro de agua opera por horas hay que considerar la proporcionalidad correspondiente.

4.4.1

Corrección del volumen de solución por la inestabilidad del producto

La solución producida por equipos de electrolisis de sal común en sitio, es inestable y se pierde a una tasa de 0.75 gramos de cloro activo por día (incluso mayor en climas tropicales). Se debe

7

El factor 86.4 convierte el caudal de l/s a m 3 /día. Por ello, se sugiere utilizar las unidades de concentración g/m 3 si bien equivalen a mg/l. 8 En el Anexo D se incluyen conceptos y leyes básicas relacionadas con la electrolisis y la electroquímica.

10

elaborar una tabla que permita corregir el volumen de solución de hipoclorito de sodio obtenida en función de la pérdida de cloro activo.

4.4.2

Instalación de los equipos de electrolisis de sal común

En el caso de equipos de electrolisis de sal común, es importante que el sitio de su instalación sea ventilado. Antes de trasvasar el volumen diario de solución clorada al tanque hipoclorador, es importante facilitar previamente una buena ventilación, destapar el tanque de electrolisis y posibilitar que el cloro gaseoso atrapado se disipe.

4.4.3

Limpieza y mantenimiento del electrodo

El electrodo generador debe ser limpiado después de cada uso. Los equipos generadores cuentan con un recipiente de almacenamiento para el propósito, el cual se llena con vinagre blanco puro, o con una solución de ácido clorhídrico o ácido muriático al 5% de concentración. Concentraciones mayores pueden dañar al electrodo. El electrodo generador debe ser lavado con agua pura, libre de cloro, antes y después de su inmersión en el recipiente de almacenamiento. No debe estar conectado antes de sumergirlo en la solución de salmuera, y, debe desactivarse antes de introducirlo en el recipiente de almacenamiento. El tiempo de inmersión recomendado es de 15 minutos (puede variar según las recomendaciones de cada fabricante). Bajo ningún concepto, se debe poner en contacto el ácido de limpieza con la solución de hipoclorito de sodio.

4.5

Calibración del caudal a aplicar de la solución clorada

El caudal de aplicación de la solución clorada, se puede determinar mediante la siguiente relación: q=

1000 * Q ⎛ C ⎞ ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎝ c1 ⎠

≅ 1000 *

c1 C

Q

4 Caudal a dosificar de la solución de cloro

Donde

Q q C c1

caudal de agua a desinfectar (l/s) caudal de solución clorada a aplicar (ml/s) concentración de cloro en el tanque hipoclorador (0 mg/l) concentración de cloro aplicada en el agua de distribución (mg/l)

El caudal calibrado para la solución clorada (q) es independiente del caudal aforado en la planta (Q), siempre que se ajuste diariamente la concentración del reactivo en el tanque hipoclorador (C). El procedimiento consiste en ajustar el goteo de la solución clorada para llenar un volumen de control en un tiempo determinado. El caudal de solución de cloro es característico para cada concentración de cloro en el tanque hipoclorador y en el agua a desinfectar. El cálculo se realiza con la siguiente expresión: t _ llenado _( s) =

Vol _ control _(ml ) q _(ml / s)

11

Donde

t_llenado Vol_control q

Tiempo de llenado del volumen de control (s) Volumen de control (ml) Caudal de aplicación de la solución clorada (ml/s)

Es fundamental que los tanques hipocloradores a gravedad, cuenten con un dispositivo de dosificación con altura constante. Cuando se utilizan bombas dosificadoras (en sistemas un poco mayores), son válidos los mismos criterios pues con ellos se puede verificar la calibración de los equipos.

4.6

El aforo químico

El aforo químico aprovecha un trazador químico, sustancia (soluto) aplica en un punto de un curso de agua o de la planta de potabilización, en una solución conocida. El trazador formará con el agua una solución diluida. En un punto distante del lugar de aplicación, se determina la concentración de la solución diluida. Mediante la diferencia de concentración, es posible calcular el solvente adicional, que constituye el caudal de agua en cuestión (del río o de la planta de tratamiento). El método se explica con detalle, con base a su adaptación para utilizar cloro, en el Anexo E.

12

5 ANEXO A: TRIANGULARES 5.1

CARACTERÍSTICAS

DE

LOS

VERTEDEROS

Sensibilidad de medida de los vertederos triangulares

Sensibilidad, significa (4) Grado o medida de la eficacia de ciertos aparatos científicos, ópticos, etc., o también, (5) Capacidad de respuesta a muy pequeñas excitaciones, estímulos o causas 9 . Si un instrumento de medida como un vertedero tiene mayor sensibilidad para pequeñas variaciones de caudal, será más exacto para los propósitos de la operación de un sistema de agua potable. En función de la magnitud del caudal a aforar, el ángulo de la escotadura inferior del vertedero triangular puede ser variado. Usualmente, se utiliza ángulos de 90º, pero se obtendrá mayor resolución para pequeños caudales si el ángulo de la escotadura se disminuye. Valores probables a asumir para dicho ángulo, son 22.5º, 30º, 45º, 60º, 90º, 120º.

5.2

Desarrollo de tablas de valores para ángulos variables

La sistematización de las fórmulas hidráulicas en hojas de cálculo, permite al ingeniero civil obtener tablas de valores que permiten al operador determinar el caudal una vez que haya medido la carga de agua. La columna izquierda registra la medida de la carga de agua con una precisión de centímetros (expresados en m). La fila superior permite agregar fracciones de milímetros (expresados en m) que el operador podrá apreciar en sus mediciones. En el cruce de la fila y la columna correspondientes, se mide el caudal que se va a desinfectar. A continuación constan las tablas de valores para valores variables del ángulo de la escotadura inferior del vertedero triangular. ALTURA (m)

CAUDAL VERTEDERO TRIANGULAR (l/s) FRACCIONES FRACCIONES DE ALTURA (m ) 0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,00

0,00

0,00

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,03

0,03

0,04

0,04

0,03

0,05

0,05

0,05

0,06

0,06

0,07

0,07

0,08

0,08

0,09

0,04

0,09

0,10

0,10

0,11

0,12

0,12

0,13

0,14

0,14

0,15

0,05

0,16

0,17

0,17

0,18

0,19

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

0,06

0,25

0,26

0,27

0,28

0,29

0,30

0,31

0,33

0,34

0,35

0,07

0,36

0,38

0,39

0,40

0,42

0,43

0,45

0,46

0,48

0,49

0,08

0,51

0,52

0,54

0,56

0,57

0,59

0,61

0,62

0,64

0,66

0,09

0,68

0,70

0,72

0,74

0,76

0,78

0,80

0,82

0,84

0,86

0,10

0,88

0,90

0,92

0,95

0,97

0,99

1,02

1,04

1,07

1,09

0,11

1,11

1,14

1,17

1,19

1,22

1,24

1,27

1,30

1,33

1,35

0,12

1,38

1,41

1,44

1,47

1,50

1,53

1,56

1,59

1,62

1,65

0,13

1,69

1,72

1,75

1,79

1,82

1,85

1,89

1,92

1,96

1,99

0,14

2,03

2,06

2,10

2,14

2,17

2,21

2,25

2,29

2,33

2,37

0,15

2,41

2,45

2,49

2,53

2,57

2,61

2,65

2,69

2,74

2,78

0,16

2,82

2,87

2,91

2,96

3,00

3,05

3,09

3,14

3,19

3,23

ANGULO ESCOTADURA VERTEDERO

22,5

Es factible cambiar biar el valor del ángulo

4 Tabla de valores para aforar caudales con un vertedero triangular de 22.5º

9

Entre paréntesis el número de la acepción que consta en la Vigésimo segunda edición d el Diccionario de la Lengua Española, Real Academia Española 2001, volumen 9, página 1390.

13

ALTURA (m)


0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,00

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,03

0,04

0,04

0,04

0,05

0,05

0,06

0,03

0,06

0,07

0,07

0,08

0,08

0,09

0,10

0,10

0,11

0,12

0,04

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

0,05

0,21

0,22

0,24

0,25

0,26

0,27

0,28

0,30

0,31

0,32

0,06

0,34

0,35

0,36

0,38

0,39

0,41

0,42

0,44

0,46

0,47

0,07

0,49

0,51

0,53

0,54

0,56

0,58

0,60

0,62

0,64

0,66

0,08

0,68

0,70

0,73

0,75

0,77

0,79

0,82

0,84

0,86

0,89

0,09

0,91

0,94

0,96

0,99

1,02

1,04

1,07

1,10

1,13

1,16

0,10

1,19

1,22

1,25

1,28

1,31

1,34

1,37

1,40

1,44

1,47

0,11

1,50

1,54

1,57

1,61

1,64

1,68

1,71

1,75

1,79

1,83

0,12

1,86

1,90

1,94

1,98

2,02

2,06

2,10

2,14

2,19

2,23

0,13

2,27

2,32

2,36

2,40

2,45

2,50

2,54

2,59

2,64

2,68

0,14

2,73

2,78

2,83

2,88

2,93

2,98

3,03

3,08

3,13

3,19

0,15

3,24

3,29

3,35

3,40

3,46

3,52

3,57

3,63

3,69

3,74

0,16

3,80

3,86

3,92

3,98

4,04

4,11

4,17

4,23

4,29

4,36


30

Es factible ble cambia cambiarr el valor del ángulo

5 Tabla de valores para aforar caudales con un vertedero triangular de 30º

ALTURA (m)


0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,02

0,03

0,04

0,04

0,05

0,05

0,06

0,07

0,07

0,08

0,09

0,03

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,04

0,19

0,20

0,21

0,23

0,24

0,25

0,27

0,28

0,30

0,31

0,05

0,33

0,35

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

0,50

0,06

0,52

0,54

0,56

0,58

0,61

0,63

0,66

0,68

0,71

0,73

0,07

0,76

0,79

0,81

0,84

0,87

0,90

0,93

0,96

0,99

1,02

0,08

1,06

1,09

1,12

1,16

1,19

1,23

1,26

1,30

1,34

1,37

0,09

1,41

1,45

1,49

1,53

1,57

1,61

1,66

1,70

1,74

1,79

0,10

1,83

1,88

1,93

1,97

2,02

2,07

2,12

2,17

2,22

2,27

0,11

2,32

2,37

2,43

2,48

2,54

2,59

2,65

2,71

2,76

2,82

0,12

2,88

2,94

3,00

3,06

3,12

3,19

3,25

3,32

3,38

3,45

0,13

3,51

3,58

3,65

3,72

3,79

3,86

3,93

4,00

4,07

4,15

0,14

4,22

4,30

4,37

4,45

4,53

4,61

4,68

4,76

4,85

4,93

0,15

5,01

5,09

5,18

5,26

5,35

5,43

5,52

5,61

5,70

5,79

0,16

5,88

5,97

6,06

6,16

6,25

6,35

6,44

6,54

6,64

6,73


45



ALTURA (m)


0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,01

0,01

0,01

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,04

0,02

0,05

0,05

0,06

0,07

0,08

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,03

0,13

0,14

0,15

0,17

0,18

0,19

0,20

0,22

0,23

0,25

0,04

0,27

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,37

0,40

0,42

0,44

0,05

0,46

0,48

0,51

0,53

0,56

0,58

0,61

0,64

0,66

0,69

0,06

0,72

0,75

0,78

0,81

0,85

0,88

0,91

0,95

0,98

1,02

0,07

1,06

1,09

1,13

1,17

1,21

1,25

1,30

1,34

1,38

1,43

0,08

1,47

1,52

1,56

1,61

1,66

1,71

1,76

1,81

1,86

1,91

0,09

1,97

2,02

2,08

2,14

2,19

2,25

2,31

2,37

2,43

2,49

0,10

2,56

2,62

2,68

2,75

2,82

2,88

2,95

3,02

3,09

3,16

0,11

3,24

3,31

3,38

3,46

3,54

3,61

3,69

3,77

3,85

3,93

0,12

4,01

4,10

4,18

4,27

4,35

4,44

4,53

4,62

4,71

4,80

0,13

4,90

4,99

5,09

5,18

5,28

5,38

5,48

5,58

5,68

5,78

0,14

5,88

5,99

6,09

6,20

6,31

6,42

6,53

6,64

6,75

6,87

0,15

6,98

7,10

7,22

7,33

7,45

7,57

7,70

7,82

7,94

8,07

0,16

8,19

8,32

8,45

8,58

8,71

8,85

8,98

9,11

9,25

9,39


60



14

ALTURA (m)


0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,05

0,06

0,06

0,07

0,02

0,08

0,09

0,11

0,12

0,13

0,14

0,16

0,17

0,19

0,21

0,03

0,23

0,25

0,27

0,29

0,31

0,33

0,35

0,38

0,41

0,43

0,04

0,46

0,49

0,52

0,55

0,58

0,61

0,65

0,68

0,72

0,76

0,05

0,80

0,84

0,88

0,92

0,96

1,01

1,05

1,10

1,15

1,20

0,06

1,25

1,30

1,36

1,41

1,47

1,52

1,58

1,64

1,70

1,77

0,07

1,83

1,90

1,96

2,03

2,10

2,17

2,24

2,32

2,39

2,47

0,08

2,55

2,63

2,71

2,79

2,87

2,96

3,05

3,14

3,23

3,32

0,09

3,41

3,50

3,60

3,70

3,80

3,90

4,00

4,10

4,21

4,32

0,10

4,43

4,54

4,65

4,76

4,88

4,99

5,11

5,23

5,36

5,48

0,11

5,61

5,73

5,86

5,99

6,12

6,26

6,39

6,53

6,67

6,81

0,12

6,95

7,10

7,24

7,39

7,54

7,69

7,85

8,00

8,16

8,32

0,13

8,48

8,64

8,81

8,97

9,14

9,31

9,48

9,66

9,83

10,01

0,14

10,19

10,37

10,56

10,74

10,93

11,12

11,31

11,50

11,70

11,89

0,15

12,09

12,29

12,50

12,70

12,91

13,12

13,33

13,54

13,76

13,97

0,16

14,19

14,42

14,64

14,86

15,09

15,32

15,55

15,79

16,02

16,26


90



ALTURA (m)


0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,03

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,10

0,11

0,13

0,02

0,15

0,16

0,18

0,20

0,23

0,25

0,28

0,30

0,33

0,36

0,03

0,39

0,43

0,46

0,50

0,53

0,57

0,61

0,66

0,70

0,75

0,04

0,80

0,85

0,90

0,95

1,01

1,07

1,12

1,19

1,25

1,31

0,05

1,38

1,45

1,52

1,60

1,67

1,75

1,83

1,91

1,99

2,08

0,06

2,17

2,26

2,35

2,44

2,54

2,64

2,74

2,85

2,95

3,06

0,07

3,17

3,28

3,40

3,52

3,64

3,76

3,89

4,01

4,14

4,28

0,08

4,41

4,55

4,69

4,83

4,98

5,13

5,28

5,43

5,59

5,74

0,09

5,91

6,07

6,24

6,41

6,58

6,75

6,93

7,11

7,29

7,48

0,10

7,67

7,86

8,05

8,25

8,45

8,65

8,86

9,07

9,28

9,49

0,11

9,71

9,93

10,15

10,38

10,61

10,84

11,07

11,31

11,55

11,80

0,12

12,04

12,30

12,55

12,81

13,06

13,33

13,59

13,86

14,13

14,41

0,13

14,69

14,97

15,26

15,54

15,83

16,13

16,43

16,73

17,03

17,34

0,14

17,65

17,97

18,28

18,61

18,93

19,26

19,59

19,92

20,26

20,60

0,15

20,95

21,29

21,65

22,00

22,36

22,72

23,09

23,46

23,83

24,21

0,16

24,58

24,97

25,35

25,74

26,14

26,54

26,94

27,34

27,75

28,16


120

Es factible factible cambia cambiarr el valor del ángulo


Por ejemplo, si el operador midió 0.045 m, los caudales medidos en los vertederos de acuerdo al ángulo de su escotadura inferior son los siguientes: Angulo del vertedero 22,5 30 45 60 90 120

Caudal registrado (l/s) 0,12 0,16 0,25 0,35 0,61 1,07

Sensibilidad (m/(l/s)) 0,375 0,282 0,180 0,129 0,074 0,042

ΔSensibilidad %

0% -25% -52% -66% -80% -89%

El cuadro anterior evidencia como disminuye la sensibilidad de medida de los vertederos triangulares según aumenta al ángulo de escotadura inferior.

15

6 ANEXO B: 6.1

AFOROS VOLUMÉTRICOS

El aforo en tanques rompe – presión y de reserva

En el caso de tanques rompe – presión, hay que evitar el surgimiento de presiones negativas en la tubería de salida, tapando la salida del tanque pero permitiendo el ingreso de aire en la misma. Hay que procurar que exista una ventosa cercana para desalojar el aire, a fin de evitar la obstrucción de la tubería. Si por ejemplo, la superficie interna en planta de un tanque rompe – presión es de un metro cuadrado y la altura medida de sobre – elevación del agua 0.05 m, es posible desarrollar cuadros de valores como el siguiente: t (seg)

Caudales en tanque rompepresión (l/s) Tiempo e n décimas de segundos -

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

75

0,67

0,67

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

76

0,66

0,66

0,66

0,66

0,65

0,65

0,65

0,65

0,65

0,65

77

0,65

0,65

0,65

0,65

0,65

0,65

0,64

0,64

0,64

0,64

78

0,64

0,64

0,64

0,64

0,64

0,64

0,64

0,64

0,63

0,63

79

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

0,63

80

0,63

0,62

0,62

0,62

0,62

0,62

0,62

0,62

0,62

0,62

81

0,62

0,62

0,62

0,62

0,61

0,61

0,61

0,61

0,61

0,61

82

0,61

0,61

0,61

0,61

0,61

0,61

0,61

0,60

0,60

0,60

83

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

0,60

84

0,60

0,59

0,59

0,59

0,59

0,59

0,59

0,59

0,59

0,59

h

0,05

m2

L

1,00

m

a

1,00

m2

A

1,00

m

Cambiar v alores

10 Tabla de valores para aforar en tanques rompe - presión

11 Aforo volumétrico en un tanque rompe - presión. Detalle de la manguera de gas empotrada en una bola de goma, para permitir el ingreso de aire. La medición del ascenso del nivel de agua debe ser simultánea. Se requiere la intervención de 2 o 3 personas.

El desarrollo de herramientas semejantes para el caso de tanques de reserva, deberá observar las dimensiones específicas de cada unidad.

6.2

El aforo en estaciones de bombeo con tanques de reserva

En el caso de sistemas que utilicen bombeo hacia tanques de reserva, el aforo del caudal de aguas se puede hacer mediante los siguientes lineamientos: •

Se mide el tiempo de llenado del tanque, entre los niveles de arranque y parada de la bomba. Así se determina un caudal afectado por el de consumo de agua que se produce simultáneamente:

16

t _ bombeo =

Volumen

(Q _ bombeo − Q _ consumo)

Q _ bombeo − Q _ consumo =

•

Volumen t _ bombeo

Se mide el tiempo que transcurre para que la bomba arranque nuevamente (t_consumo), para determinar el caudal medio de consumo (Q_consumo) t _ consumo =

Volumen Q _ consumo

Q _ consumo =

Volumen t _ consumo

La combinación de las dos expresiones, permite conocer el caudal impulsado por la bomba ⎡

Q _ bombeo = Volumen * ⎢

1

⎣ t _ bombeo

+

⎤ ⎥ t _ consumo ⎦

1

Los caudales pueden expresarse en metros cúbicos por segundo y los tiempos en segundos. Por el volumen de los tanques, el orden de magnitud del tiempo será de horas. Cuando existen bombeos simultáneos, por ejemplo, un grupo de bombas alimenta a la planta potabilizadora y otro a la distribución, se debe contar con dos cámaras de reserva separadas: • •

La primera permitirá aforar el caudal de ingreso al sistema (cuando la bomba que alimenta a la planta está apagada); La segunda permitirá conocer el caudal impulsado a distribución siempre que se conozca el caudal que proviene de la planta de tratamiento.

El caudal de la planta de tratamiento se puede aforar en la primera cámara, una vez conocido el caudal de ingreso de agua cruda; o, en la segunda cámara, conocido el caudal de impulsión de las bombas hacia la distribución. El tiempo de permanencia requerido para efectuar este tipo de aforo, lo hacen desventajoso para ser aplicado por parte de los operadores en sistemas de agua potable pertenecientes a JAAPS y unidades militares, por la limitación de tiempo que ellos pueden dedicar ante la necesidad de atender actividades vinculadas a su supervivencia y la de su familia, en el un caso, o por la atención a actividades demandadas por sus superiores, en el otro caso.

17

7 ANEXO C AFOROS AREA - VELOCIDAD 7.1

El aforo con principios de cinemática

El aforo con principios de cinemática, se basa en las ecuaciones de cálculo de velocidad uniforme y del tiempo de caída libre de una partícula: D = υ * t ⇒ υ =

υ

D t H g d

t

2 H

t =

Donde

D

g

Velocidad del agua (componente horizontal), m/s distancia horizontal de recorrido del chorro de agua, m tiempo de caída del chorro de agua, s altura de caída del agua (distancia vertical), m aceleración de la gravedad, 9.8 m/s2 diámetro de la tubería de descarga, m

Si en una estructura de entrada o salida de la planta, se cuenta con una tubería dispuesta horizontalmente, que fluya a tubo lleno, cuya longitud varíe entre 1.5 y 2.5 veces el diámetro de la misma y que no experimente la influencia del viento, se puede aforar el caudal de aguas con la siguiente expresión: Q = 0.82 *

2 ⎞ * ⎛ ⎜ * d ⎟ 2 H ⎝ 4 ⎠

D

π

g

Donde

Q

caudal en la tubería, m3/s

d NIVEL DEL AGUA H h D

12 Diagrama explicativo de las mediciones para el aforo con principios de cinemática

El operador mide, diariamente, las distancias horizontal y vertical que desarrolla el chorro de agua. El ingeniero civil debe desarrollar una tabla de valores que le permita al operador conocer el caudal aforado, y que puede tener el siguiente aspecto para una tubería de salida de ¾”:

18

DISTANCIA D (HORIZONTAL) ) L A C I T R E V ( H A I C N A T S I D

0,15 0,16 0,17 0,18 0,19

0,20 0,21 0,22 0,23 0,24

0,25

0,20 0,48 0,46 0,45 0,43 0,42 0,41 0,40 0,39 0,38 0,38 0,37

0,21

0,22

0,23

0,24

0,50

0,52

0,55

0,57

0,48

0,51

0,53

0,55

0,47

0,49

0,51

0,54

0,46

0,48

0,50

0,52

0,44

0,46

0,49

0,51

0,43

0,45

0,47

0,49

0,42

0,44

0,46

0,48

0,41

0,43

0,45

0,47

0,40

0,42

0,44

0,46

0,39

0,41

0,43

0,45

0,39

0,40

0,42

0,44

0,25 0,59 0,58 0,56 0,54 0,53 0,51 0,50 0,49 0,48 0,47 0,46

0,26

0,27

0,28

0,29

0,62

0,64

0,67

0,69

0,60

0,62

0,64

0,67

0,58

0,60

0,62

0,65

0,56

0,59

0,61

0,63

0,55

0,57

0,59

0,61

0,53

0,56

0,58

0,60

0,52

0,54

0,56

0,58

0,51

0,53

0,55

0,57

0,50

0,52

0,54

0,56

0,49

0,51

0,53

0,54

0,48

0,50

0,52

0,53

0,30 0,71 0,69 0,67 0,65 0,63 0,62 0,60 0,59 0,58 0,56 0,55

13 Tabla de valores para el aforo del caudal en una tubería de diámetro 3/4"

7.2

El aforo mediante la altura de chorro vertical de agua de una tubería

Se puede aforar, aproximadamente, midiendo la altura del chorro de agua cuando una tubería es dispuesta para salida vertical 10 . Existen dos casos: • •

Cuando la altura de agua es pequeña, menor que 0.4 veces el diámetro de la tubería; y, Cuando la altura es grande, mayor que 1.4 veces dicho diámetro.

Las expresiones de cálculo y diagramas explicativos constan a continuación:

Q = 5.47 D

1.25

1.35

H

H < 0.4 D

14 Esquema explicativo y fórmulas de cálculo para el aforo midiendo la altura del chorro vertical de agua con altura pequeña

10

FAO. Boletín de Suelos de la FAO Nº 68. Medición sobre el terreno de la erosión del suelo y la escorrentía. http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s0 http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm#TopOfPage 6.htm#TopOfPage

19

Q = 3.15 D 1.99 H 0.53 H > 1.4 D

15 Esquema explicativo y fórmulas de cálculo para el aforo midiendo la altura del ch orro vertical de agua con altura grande

En el caso de alturas intermedias, el caudal se calcula con las dos expresiones y se promedia.

20

8 ANEXO D

DESINFECCIÓN DEL AGUA

8.1

Cuantificación del porcentaje de cloro activo

8.1.1

Proceso Iodométrico

8.1.1.1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Equipo

Solución 0.01N Na 2S2O3 (tiosulfito de sodio 0.01 normal) Solución 10% KI (yoduro de potasio) Solución 50% H 2SO4 (ácido sulfúrico concentrado) Indicador de almidón Frasco de 125 ml Pipeta graduada de 5ml Pipeta graduada de 10ml Bureta de 25ml Gotero de vidrio

8.1.1.2

Procedimiento

1. Usando la pipeta de 10ml, añada 20ml de la solución KI al frasco de 125ml. 2. Usando el gotero, añada 6 gotas de H 2SO4. 3. Usando la pipeta de 5ml, añada 3ml de la muestra por probar. La mezcla debe cambiar de color. 4. Usando la bureta, titule inmediatamente con la solución 0.01N Na 2S2O3 a un amarillo claro. 5. Añada tres gotas de indicador de almidón. 6. Termine de titular con la solución 0.01N Na 2S2O3 hasta no tener color.

8.1.1.3

Cálculo de la concentración de cloro disponible: Concentración en gramos de cloro por litro: = (Na2S2O3 usado en ml) x (0.01) x (1000) x (35.5) / (3)

8.1.2 8.1.2.1 1. 2. 3. 4.

Proceso de dilución Equipo

Pipeta graduada de 5ml probetas de 10 ml (2) Medidor de cloro colorimétrico tipo DPD (comúnmente usados para piscinas). Agua destilada.

8.1.2.2

Procedimiento

1. Usando la pipeta graduada de 5ml mezcle en una probeta 1ml de la muestra con 9 ml de agua destilada. 2. En la segunda probeta mezcle 0.1ml de la solución en la primera probeta con 9.9ml de agua destilada. 3. Mida la concentración de cloro de la segunda probeta usando el medidor de cloro colorimétrico DPD de acuerdo a las instrucciones del mismo.

21

8.1.2.3

Cálculo de la concentración de cloro disponible:

La escala colorimétrica del medidor de cloro, puede ser interpretada directamente como gramos de cloro por litro de solución.

16 Comparadores de cloro con base a ortotolidina y dietil - para - fenilendiamina (DPD)

8.2

Ventajas de la cloración a punto de quiebre

Es recomendable clorar sobre el punto de quiebre, verificando la dosis ideal mediante el método iodométrico. De esta manera, se garantiza la formación de cloro residual libre y no se se presentará sabor y olor, contribuyendo a que las comunidades no rechacen la cloración. La formación de cloro combinado tiene como inconveniente su transformación en el tracto digestivo humano a cianuros. Si bien su concentración es baja, su presencia puede ser la causante del rechazo de las comunidades a la dosificación de cloro en el agua porque, entre otras molestias, las personas experimentan molestias gastrointestinales.

17 Detalle explicativo de la curva de cloración a punto de quiebre

Debe procurarse desinfectar el agua para consumo humano dosificando una concentración superior al punto de quiebre identificado.

22

8.3

Tablas de valores, cantidades diarias de reactivo a consumir

Las tablas de valores desarrolladas, muestran en la columna izquierda la fracción mayor de caudal, y, en la fila superior el valor complementario menor. En la intersección de la fila y columna correspondiente, la tabla entrega la siguiente información al operador: • • • •

Peso de hipoclorito de calcio al 65%, a utilizar (gramos por día), Concentración en el tanque hipoclorador (partes por millón, mg/l o g/m3), Caudal a aplicar de la solución de cloro (ml/s), Tiempo de aforo necesario para calibrar la aplicación de la solución de cloro, utilizando un volumen de control de 50 mililitros mili litros (segundos).

8.3.1

Hipoclorito de calcio

Se han desarrollado tablas de valores para concentraciones de cloro residual libre de 1, 1.5 y 2 mg/l, y, para un volumen de tanque hipoclorador de 500 litros. FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

g HTH/día

67

68

70

71

72

74

75

76

78

79

ppm Solución

87

88

91

92

94

96

98

99

101

103

Caudal (l/s)

0,08

0,09

0,5

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

q ml/s t_aforo (h, m, s)

0,6 g HTH/día ppm Solución

82

83

84

86

87

88

90

91

92

107

108

109

112

113

114

117

118

120

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09


80 104

0,7 g HTH/día ppm Solución

94

95

96

98

99

100

102

103

104

106

122

124

125

127

129

130

133

134

135

138

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,8

5,8

5,7

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

g HTH/día

107

108

109

111

112

113

115

116

117

119

ppm Solución

139

140

142

144

146

147

150

151

152

155

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

g HTH/día

120

121

123

124

125

127

128

129

131

132

ppm Solución

156

157

160

161

163

165

166

168

170

172

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00:09


0,8


0,9


VOLUMEN DEL TANQUE HIPOCLORADOR

500

LITROS

DOSIS DE CLORO A APLICAR

1,00

g/m3

1 ON ONZA CAMBIAR VALOR CONCENTRACION HTH

65%

VOLUMEN DE CONTROL

50,0

0,50 L/S

28,35 GR GRAMOS 67 GRAMOS 4,7 ONZAS/(l/ ONZAS/(l/s) s)

MILILITROS

18 Tabla de valores con las cantidades diarias de hipoclorito de calcio, en función del caudal aforado (concentración de cloro residual 1.0 mg/l)

23

FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

g HTH/día

100

102

104

106

108

110

112

114

116

118

ppm Solución

195

199

203

207

211

215

218

222

226

230

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

g HTH/día

120

122

124

126

128

130

132

134

136

138

ppm Solución

234

238

242

246

250

254

257

261

265

269

Caudal (l/s) 0,5


0,6

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

g HTH/día

140

142

144

146

148

150

152

154

156

158

ppm Solución

273

277

281

285

289

293

296

300

304

308

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

g HTH/día

160

162

164

166

168

170

172

174

176

178

ppm Solución

312

316

320

324

328

332

335

339

343

347

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

g HTH/día

180

182

184

186

188

190

192

194

196

198

ppm Solución

351

355

359

363

367

371

374

378

382

386

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13


0,7


0,8


0,9



500

LITROS


1,50

g/m3

1 ON ONZA

28,35 GR GRAMOS

0,50 L/S

100 GRAMOS 7,1 ONZAS/(l/ ONZAS/(l/s) s)

CAMBIAR VALOR CONCENTRACION HTH

65%

VOLUMEN DE CONTROL

50,0

MILILITROS

19 Tabla de valores con las cantidades diarias de hipoclorito de calcio, en función del caudal aforado (concentración de cloro residual 1.5 mg/l) FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

g HTH/día

133

136

139

141

144

147

149

152

155

157

ppm Solución

346

354

361

367

374

382

387

395

403

408

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

g HTH/día

160

163

165

168

171

173

176

179

181

184

ppm Solución

416

424

429

437

445

450

458

465

471

478

Caudal (l/s) 0,5


0,6

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

g HTH/día

187

189

192

195

197

200

203

205

208

211

ppm Solución

486

491

499

507

512

520

528

533

541

549

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

g HTH/día

213

216

218

221

224

226

229

232

234

237

ppm Solución

554

562

567

575

582

588

595

603

608

616

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

g HTH/día

240

242

245

248

250

253

256

258

261

264

ppm Solución

624

629

637

645

650

658

666

671

679

686

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17

0:00:17


0,7


0,8


0,9



500

LITROS


2,00

g/m3

1 ON ONZA CAMBIAR VALOR CONCENTRACION HTH

65%

VOLUMEN DE CONTROL

50,0

0,50 L/S

28,35 GR GRAMOS 133 GRAMOS 9,4 ONZAS/(l/ ONZAS/(l/s) s)

MILILITROS

20 Tabla de valores con las cantidades diarias de hipoclorito de calcio, en función del caudal aforado (concentración de cloro residual 2.0 mg/l)

24

De acuerdo con el ejemplo que se viene desarrollando, el operador aforo 0.61 l/s con el vertedero triangular. Para cada una de las dosificaciones asumidas (referidas como superiores al punto de quiebre), las variables de interés muestran los siguientes resultados: Concentración de cloro residual (mg/l)

Gramos de HTH por día

Concentración de la solución clorada (mg/l)

1.0 1.5 2.0

82 122 163

107 238 424

8.4

Tiempo de aforo para la calibración (hh:mm:ss) 00:00:09 00:00:13 00:00:17

Hipoclorito de sodio

La producción de hipoclorito de d e sodio por electrólisis de la sal común, en el caso de un equipo en particular, el CLORID L-30 11 , arroja una concentración de cloro activo en la solución final, al cabo de 24 horas, de 12.5 gramos por litro y un volumen de solución de 30 litros 12 , pero una evaluación realizada por el CEPIS en el año 2000 determina la inviabilidad de obtener concentraciones superiores a 6 g/l (ver Leyes de la electrolisis). Es recomendable determinar el porcentaje de cloro activo mediante pruebas analíticas de laboratorio o en el campo. Las tablas de valores a facilitar a los operadores, para dosificar 1.0, 1.5 y 2.0 mg/l de cloro residual en el agua de distribución, son las siguientes: FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

l solución/día

7,3

7,4

7,6

7,7

7,8

8,0

8,1

8,2

8,5

8,6

ppm Solución

87

88

91

92

94

96

98

99

101

103

Caudal (l/s)

0,08

0,09

0,5

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

0:00: 09 09

0:00:09

0: 00 00:09

0:0 0: 0: 09 09

0: 00 00: 09 09

0: 00 00: 09 09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00: 09 09

l solución/día

8,7

8,9

9,0

9,1

9,3

9,4

9,5

9,8

9,9

10,0

ppm Solución

104

107

108

109

112

113

114

117

118

120

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

0:00:09

0:00:09

0:00 0:00:0 : 09 9

0:00 0:00:0 : 09 9

0:0 0:00:09 0:09

0::0 00: 0:09 09

0:00 0:00:0 : 09 9

0::0 00: 0:09 09

0:00 0:00:0 : 09 9

0:00 0:00:0 : 09 9

l solución/día

10,2

10,3

10,4

10,6

10,7

10,8

11,1

11,2

11,3

11,5

ppm Solución

122

124

125

127

129

130

133

134

135

138

5,7

5,7

5,8

5,7

5,7

5,8

5,7

5,8

5,8

5,7

0:00: 09 09

0:00:09

0: 00 00:09

0:0 0: 0: 09 09

0: 00 00: 09 09

0: 00 00: 09 09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00: 09 09

l solución/día

11,6

11,7

11,8

12,0

12,1

12,2

12,5

12,6

12,7

12,9

ppm Solución

139

140

142

144

146

147

150

151

152

155

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

0:00: 09 09

0:00:09

0: 00 00:09

0:0 0: 0: 09 09

0: 00 00: 09 09

0: 00 00: 09 09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00: 09 09

l solución/día

13,0

13,1

13,3

13,4

13,5

13,8

13,9

14,0

14,2

14,3

ppm Solución

156

157

160

161

163

165

166

168

170

172

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

5,8

0:00: 09 09

0:00:09

0: 00 00:09

0:0 0: 0: 09 09

0: 00 00: 09 09

0: 00 00: 09 09

0:00:09

0:00:09

0:00:09

0:00: 09 09


0,6


0,7


0,8


0,9



500

LITROS

CONCENTRACION CONCENTRACION SOLUCION


1,00

g/m3

VOLUMEN DE CONTROL

Volu Volume men tto ota t all de solu soluci ció ón de hipo hipocl clo orito rito de sodi sodio

g/l ml

30 lliitr tro os

Volu Volume men n diar diario io de solu soluci ción ón de hipo hipocl clor orit ito o de sodi sodio o

8,9 8,9 litr litro os

Pérdida de cloro activo diaria

0,75 g/día

Día g/l

6 50

1 6,0

2

3

4

5

6

7

5,3

4,5

3,8

3,0

2,3

1,5

Vol. Corregido (l)

8,9

10,2

11,8

14,2

17,8

23,7

35,5

Volumen total (l)

8, 8 ,9

19,0

--

--

--

--

--

21 Volúmenes diarios (en litros) de solución de hipoclorito de sodio obtenida de un equipo CLORID L-30, a mezclar en el tanque hipoclorador (concentración de cloro residual 1.0 mg/l)

11

La referencia a la marca comercial no constituye ni establece compromisos de ninguna naturaleza con el fabricante. Se utiliza para efectos didácticos. 12 Se disuelve un kilogramo de sal en 3 0 litros de agua (concentración de sal 33.3 g/l)

25

FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

l solución/día

16,3

16,6

16,9

17,2

17,6

17,9

18,2

18,5

18,9

19,2

ppm Solución

195

199

203

207

211

215

218

222

226

230

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

l solución/día

19,5

19,8

20,2

20,5

20,8

21,1

21,5

21,8

22,1

22,4

ppm Solución

234

238

242

246

250

254

257

261

265

269

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

l solución/día

22,8

23,1

23,4

23,7

24,1

24,4

24,7

25,0

25,4

25,7

ppm Solución

273

277

281

285

289

293

296

300

304

308

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

l solución/día

26,0

26,3

26,7

27,0

27,3

27,6

28,0

28,3

28,6

28,9

ppm Solución

312

316

320

324

328

332

335

339

343

347

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

l solución/día

29,3

29,6

29,9

30,2

30,6

30,9

31,2

31,5

31,9

32,2

ppm Solución

351

355

359

363

367

371

374

378

382

386

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

3,8

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

0:00:13

Caudal (l/s) 0,5


0,6


0,7


0,8


0,9



500

LITROS

CONCENTRACION SOLUCION


1,50

g/m3

VOLUMEN DE CONTROL

Volumen total de solución de hipoclorito de sodio

19,8 litros


0,75 g/día

g/l

1

g/l ml

30 litros

Volumen di diario de de so solución de de hi hipoclorito de de so sodio Día

6 50

2

3

4

5

6

7

6,0

5,3

4,5

3,8

3,0

2,3

1,5

Vol. Corregido (l)

19,8

22,7

26,4

31,7

39,7

52,9

79,3

Volumen total (l)

19,8

--

--

--

--

--

--

22 Volúmenes diarios (en litros) de solución de hipoclorito de sodio obtenida de un equipo CLORID L-30, a mezclar en el tanque hipoclorador (concentración de cloro residual 1.5 mg/l) FRACCIONES DE CAUDAL (l/s)

CAMBIAR VALOR

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

l solución/día

28,8

29,5

30,1

30,6

31,2

31,9

32,3

32,9

33,6

34,0

ppm Solución

346

354

361

367

374

382

387

395

403

408

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

l solución/día

34,7

35,3

35,8

36,4

37,1

37,5

38,1

38,8

39,2

39,9

ppm Solución

416

424

429

437

445

450

458

465

471

478

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0:00:17

0:00:17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

l solución/día

40,5

41,0

41,6

42,3

42,7

43,3

44,0

44,4

45,1

45,7

ppm Solución

486

491

499

507

512

520

528

533

541

549

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

l solución/día

46,2

46,8

47,2

47,9

48,5

49,0

49,6

50,3

50,7

51,4

ppm Solución

554

562

567

575

582

588

595

603

608

616

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

l solución/día

52,0

52,4

53,1

53,7

54,2

54,8

55,5

55,9

56,6

57,2

ppm Solución

624

629

637

645

650

658

666

671

679

686

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

0 :0 :0 0: 0: 17 17

Caudal (l/s) 0,5


0,6


0,7


0,8


0,9



500

LITROS

CONCENTRACION SOLUCION


2,00

g/m3

VOLUMEN DE CONTROL

Volu Volume men n tota totall de solu soluci ción ón de hipo hipocl clor orit ito o de sodi sodio o

35,3 35,3 litr litros os


0,75 g/día

g/l

1

g/l ml

30 litr litros os

Volu Volume men n diar diario io de solu soluci ción ón de hipo hipocl clor orit ito o de sodi sodio o Día

6 50

2

3

4

5

6

7

6,0

5,3

4,5

3,8

3,0

2,3

1,5

Vol. Corregido ( l)

35,3

40,4

47,1

56,5

70,6

94,2

141,3

Volumen total (l)

--

--

--

--

--

--

--

23 Volúmenes diarios (en litros) de solución de hipoclorito de sodio obtenida de un equipo CLORID L-30, a mezclar en el tanque hipoclorador (concentración de cloro residual 2.0 mg/l)

La tabla facilita la siguiente información al operador: • • • •

Litros de solución de hipoclorito de sodio a utilizar (litros por día), Concentración en el tanque hipoclorador (partes por millón, mg/l o g/m3), Caudal de aplicación de la solución clorada (ml/s), Tiempo de aforo necesario para calibrar la aplicación de la solución de cloro, utilizando un volumen de control de 50 mililitros mili litros (segundos),

26

•

Volúmenes diarios de solución de hipoclorito a mezclar en el tanque hipoclorador de 500 litros.

En el caso del ejemplo que se ha venido desarrollando, para el caudal de 0.61 l/s, se obtiene la siguiente información: Concentración de cloro residual (mg/l)

l hipoclorito de sodio (primer día)

Concentración de la solución clorada (mg/l)

Tiempo de aforo (calibración hh:mm:ss)

Nº días de duración

Volumen sobrante (litros)

1.0 1.5 2.0

4.3 9.5 17.0

107 238 424

00:00:09 00:00:13 00:00:17 00:0 0:17

5 2 1

5.5 10.4 13 13.0

La concentración y el tiempo requerido de llenado del volumen de control para calibrar la aplicación de la solución clorada, no varían respecto a lo registrado para hipoclorito de calcio. La dosis de cloro óptima será aquella que maximice la utilización del volumen de solución clorada producido por el equipo de electrolisis. Dicha concentración, por supuesto, debe ser comparada con aquella a punto de quiebre.

8.5

Calibración del caudal a aplicar de la solución clorada

El caudal de la solución clorada se obtiene en mililitros por segundo, por lo que es necesario llenar un recipiente de volumen conocido en el tiempo que resulte del cálculo. La deducción del tiempo de llenado del volumen de control, obedece al establecimiento de una proporción: q _(ml / s)

1 _( s )

=

Vol _ control _( ml ) t _ llenado _( s)

t _ llenado _( s) =

Vol _ control _(ml ) q _(ml / s )

Para el ejemplo en desarrollo, los tiempos de llenado del volumen de control de 50 mililitros son, para cada una de las concentraciones de cloro residual consideradas y caudales de solución clorada equivalentes, los siguientes: Cloro residual (mg/l) 1.0 1.5 2.0

8.6

Caudal q (ml/s) 5.8 3.8 2.9

Cálculo exacto (segundos) 8.6 13.2 17.2

Aproximación Excel (hh:mm:ss) 00:00:09 00:00:13 00:00:17

Utilización de bombas dosificadoras automáticas

Como se indicó en 4.5, 4.5, pág. 11, 11, todos los principios reseñados son aplicables al caso de utilizar bombas dosificadoras automáticas. El caso aquí es procurar que el volumen total del tanque dosificador sea utilizado en el curso del día en relación con las horas de bombeo efectivo. Esto determina calibrar la apertura de las bombas dosificadoras al 100% y calcular la cantidad diaria de reactivo a utilizar bajo estas consideraciones; el procedimiento es similar. No es muy recomendable que utilizar soluciones de mayor concentración con porcentajes de apertura menores para el trabajo de las bombas dosificadoras, primero porque las soluciones más concentradas son proporcionalmente más inestables y segundo porque se induce el criterio de que cada 2 o 3 días se debe visitar la planta para preparar la solución desinfectante, operación 13

El tercer día se requerirían 10.8 litros d e solución, es decir existe un déficit de 0.4 litros. La d ecisión sería de utilizar el volumen disponible el tercer día para una concentración de cloro residual ligeramente menor que 1.5 mg/l.

27

que por muchas consideraciones es preferible hacerla a diario, a fin de vigilar más estrechamente el sistema.

8.7

Leyes de la electrolisis

Electrolisis es el conjunto de reacciones químicas que producen en los electrodos introducidos en la disolución de un electrolito, al aplicarles una diferencia de potencial suficiente del orden de algunos voltios 14 . Implica la descomposición de un cuerpo por el paso de la corriente eléctrica. Michael Faraday (1791 – 1867) fue el primer químico que utilizó el término electrolisis para denominar a este proceso de separación de las sustancias químicas. Las sustancias denominadas electrolitos, por ejemplo, el cloruro de sodio, al disolverse en agua dan lugar a disoluciones conductoras de la corriente eléctrica. El electrodo que hace de polo positivo se denomina ánodo, y, el que hace de polo negativo cátodo. Los electrolitos se escinden en iones cargados negativamente (aniones) y en iones cargados positivamente (cationes). Las leyes de la electrolisis que formuló Faraday, son las siguientes: • •

La cantidad de masa que se deposita sobre los electrodos es directamente proporcional al equivalente gramo del ión que se descarga, a la intensidad de corriente utilizada (amperios) y al tiempo en segundos. La cantidad de electricidad 15 que se necesita para depositar un equivalente gramo de cualquier ión es un faradio de electricidad, equivalente a 96487 culombios.

Estas dos leyes pueden expresarse matemáticamente de la siguiente manera 16 : m=

Donde m eq I t

eq

96500

* I * t

masa depositada o desprendida en gramos (g) equivalente gramo del átomo o radical considerado (mol/valencia) intensidad de corriente (amperios) tiempo en segundos (s)

Las reacciones de electrolisis de la sal común en agua, para producir hipoclorito de sodio, son las siguientes:

2ClNa + 2 H 2 O → 2 NaOH + Cl2 + H 2 Cl2 + 2 NaOH → 2 NaClO + H 2 Los cálculos relacionados combinan las leyes de la electrolisis y las relaciones de estequiometría normales generalmente solucionadas por proporciones 17. Dos moles de sal común reaccionan con dos moles de agua y producen una mol de cloro gas que luego genera dos moles de hipoclorito de sodio al combinarse con dos moles de hidróxido de sodio.

14

Sabaster Garcia, Bartolomé (coordinador). Diccionario de Química, pág. 156 y 196. Ediciones Generales ANAYA. Madrid, 1995. 15 La cantidad de electricidad Q es directamente proporcional a la intensidad de corriente I (amperios) y al tiempo (segundos): Q = I*t. 16 AREAS – LOGSE Consultor didáctico. Física y Química, pág. 193 y 194. Ediciones Nauta. España, 1992. 17 Miller, Augustine. Química Elemental, pág. 265. HARLA, S.A. Ediciones TEC-CIEN. México, 1977.

28

Los equipos generadores de hipoclorito de sodio, por ejemplo el CLORID L – 30, utilizan sal que se disuelve en agua 18 . Es necesario definir el número de moles que significa dicha proporción en términos de los compuestos iniciales y los productos finales. A continuación, constan los valores molares de los compuestos utilizados y producidos: • • • • •

Mol ClNa Mol H2O Mol Cl2 Mol NaClO Mol ClO

58.5 g 18.0 g 71.0 g 74.5 g 51.5 g

En el caso del CLORID equipo L – 30, se utiliza un kilogramo de sal que se disuelve en treinta litros de agua. De acuerdo con lo anterior, en la cuba electrolítica se tiene 17.09 moles de cloruro de sodio y 1666.67 moles de agua. La sal común y el agua reaccionan en proporciones iguales (17.09 moles, restan 1649.58 moles de solvente sin reaccionar) y producen cloro activo en la mitad de dicha proporción (8.55 moles) que luego la proporción inicial de hipoclorito de sodio (17.09 moles). Este producto se disuelve en las moles de agua sin reaccionar, lo que arroja una concentración final:

71.0 _ g mol _ Cl 2 8.55 _ mol _ Cl 2 = * 1649.58 _ mol _ H 2 O 18 _ g _ H 2 O mol _ H 2 O 607.05 _ g _ Cl 2 = 20.49 _ g / l l 1 _ 29622.44 _ g _ H 2 O * 1000 _ g _ H O 2 El catálogo de los equipos CLORID reporta para el modelo L – 30 una concentración de cloro activo activo en la solución de 12.5 g/l. No obstante, una evaluación realizada por el CEPIS en el año 2000 19 , informa sobre sobre la imposibilidad imposibilidad de obtener concentraciones superiores a 6 g/l. g/l. Comparando con el valor calculado estequiométricamente (20.5 g/l), el valor evaluado por el CEPIS (6.9 g/l) arroja una eficiencia de conversión del 33%, cuando la eficiencia termodinámica del proceso de electrolisis es superior al 90%. En México se desarrolló una celda de gases oxidantes mediante electrolisis de la sal denominada MOGGOD 20 .

9 AFORO QUÍMICO 18

Solubilidad del cloruro de sodio a 20º C, 360 g/l. A partir de Rojas, Ricardo & Guevara Sixto. HDT 78. CELDAS ELECTROLÍTICAS DE PRODUCCIÓN IN SITU DE HIPOCLORITO DE SODIO. CEPIS – OMS. Junio 2000. Conclusiones: 6.3) La producción de hipoclorito de sodio con la celda CLORID L-30 no alcanza la concentración de 10 g Cl2/L durante las 24 horas de funcionamiento tal como asegura el fabricante, logrando solamente una concentración de 6,9 Cl2/L. 6.4) La disposición de los electrodos de los equipos Clorid L-30 y Sanilec Mini no permiten producir volúmenes menores o mayores a los establecidos por los fabricantes. Recomendaciones: 7.2) No intentar obtener concentraciones de solución de hipoclorito de sodio mayor a 6 g de Cl2/L, por la significativa caída en la eficiencia de la celda electrolítica. 7.4) Utilizar siempre una salmuera al 3% (30 g/L) a fin de estandarizar la concentración final de la solución desinfectante después de un tiempo especificado de operación. 20 Brust Carmona, Héctor & Benítez, Alfredo & Zarco, Joaquín & Sánchez, Enrique & Mascher Ingrid. Eficiencia de celdas generadoras de gases oxidantes alimentadas con energía eléctrica o solar. Revista Panamericana de Salud Pública. 1998. 19

29

Al combinar los procedimientos de la cloración ya explicados, se puede efectuar el “aforo químico” del agua. La derivación de fórmulas matemáticas consta a continuación: Q * c0 + q * C = (Q + q ) * c1 c0 = 0 ⇒ q * C = Q * c1 + q * c1 q * C − q * c1 = Q * c1 q * (C − c1 ) = Q * c1 q=

Q * c1

(C − c1 )

=

Q

⎛ C ⎞ ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎝ c1 ⎠

24 Equilibrio químico entre concentraciones de cloro y caudales a tratar y a dosificar

Donde

Q q c0 c1

caudal de agua a desinfectar (l/s) caudal de solución clorada a aplicar (l/s) concentración de cloro inicial (antes de desinfectar, 0 mg/l) concentración de cloro aplicada (después de desinfectar, mg/l)

Si en la expresión final obtenida se desprecia el número 1, se despeja el caudal Q a tratar y se transforma el caudal q a mililitros por segundo, se obtiene: ⎡ C

⎤ q C q − 1⎥ * ≅ * ⎣ c1 ⎦ 1000 c1 1000

Q=⎢

Donde

Q C c1 q

caudal en l/s concentración de la solución en el tanque hipoclorador (mg/l) concentración de cloro residual en el tanque de reserva de la planta caudal de aplicación de la solución clorada (ml/s)

El procedimiento es el siguiente: 1. El operador mide el caudal con el vertedero triangular 2. El operador utiliza la tabla de cloración para conocer el peso a disolver de HTH y determinar la concentración de solución clorada 3. El operador toma una muestra de agua desinfectada, en el tanque de reserva y mide el cloro residual 4. El operador utiliza tablas de valores a. Determina el tiempo de llenado del volumen de control y conoce el caudal de aplicación de la solución clorada (aforo volumétrico) b. Conocido el caudal de la solución clorada, utiliza la tabla de aforo químico que combine la concentración establecida en el tanque hipoclorador y el cloro residual medido, y determina el caudal de agua desinfectado. La elaboración de tablas de valores para determinar el caudal de aplicación de la solución clorada (aforo volumétrico) y para estimar el caudal de tratamiento (aforo químico), es importante para facilitar las tareas del operador. Para el ejemplo en desarrollo, se tiene:

30

FRACCIONES DE SEGUNDOS

Tiempo 0

(segundos) 5 6 7 8

10,0 8,3 7,1 6,3

0,1 9,8 8,2 7,0 6,2

0,2 9,6 8,1 6,9 6,1

0,3 9,4 7,9 6,8 6,0

0,4 9,3 7,8 6,8 6,0

0,5 9,1 7,7 6,7 5,9

0,6 8,9 7,6 6,6 5,8

0,7 8,8 7,5 6,5 5,7

0,8 8,6 7,4 6,4 5,7

0,9 8,5 7,2 6,3 5,6

9

5,6

5,5

5,4

5,4

5,3

5,3

5,2

5,2

5,1

5,1

10 11 12 13 14

5,0 4,5 4,2 3,8 3,6

5,0 4,5 4,1 3,8 3,5

4,9 4,5 4,1 3,8 3,5

4,9 4,4 4,1 3,8 3,5

4,8 4,4 4,0 3,7 3,5

4,8 4,3 4,0 3,7 3,4

4,7 4,3 4,0 3,7 3,4

4,7 4,3 3,9 3,6 3,4

4,6 4,2 3,9 3,6 3,4

4,6 4,2 3,9 3,6 3,4

Caudal de aplicación de la solución c lorada (ml/s) Tiempo de aforo (segundos) del volumen de control

25 Tabla de valores para el aforo volumétrico en el volumen de control Caudal q ml/s 0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

FRACIONES DE CAUDAL DE SOLUCION CLORADA 0,0 0,00 0,11 0,21 0,32 0,42

0,1 0,01 0,12 0,22 0,33 0,43

0,2 0,02 0,13 0,23 0,34 0,45

0,3 0,03 0,14 0,24 0,35 0,46

0,4 0,04 0,15 0,25 0,36 0,47

0,5 0,05 0,16 0,27 0,37 0,48

0,6 0,06 0,17 0,28 0,38 0,49

0,7 0,07 0,18 0,29 0,39 0,50

0,8

0,53 0,64 0,74 0,85 0,95

0,54 0,65 0,75 0,86 0,96

0,55 0,66 0,76 0,87 0,98

0,56 0,67 0,77 0,88 0,99

0,57 0,68 0,78 0,89 1,00

0,58 0,69 0,80 0,90 1,01

0,59 0,70 0,81 0,91 1,02

0,60 0,71 0,82 0,92 1,03

0,61

Valores del caudal de la planta (Q l/s)

q

0,08 0,19 0,30 0,40 0,51 0,72 0,83 0,93 1,04

0,9 0,10 0,20 0,31 0,41 0,52 0,63 0,73 0,84 0,94 1,05

Caudal solución clorada

26 Tabla de valores para realizar el aforo químico

27 Kit para comprobación de cloro (ortotolidina) y control de pH (rojo fenol); recipiente volumétrico de 50 mililitros (calibración del caudal de la solución clorada); balanza manual graduada (apreciación 25 gramos)

31

10 HERRAMIENTAS DE EXCEL PROVISTAS CON ESTE MANUAL Con este manual se adjuntan 2 archivos de cálculo en Excel: • •

Manual_aforos_desinfección.xls, y, Manual_aforos_desinfección.xls, Dosificación productos químicos (bombas dosificadoras).xls.

Cada archivo constituye un libro de hojas de cálculo. El primero sistematiza los ejemplos desarrollados en el manual para sistemas pequeños de agua potable. El segundo considera los ajustes a efectuar si se utilizan bombas dosificadoras de químicos.

11 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AREAS – LOGSE Consultor didáctico. Física y Química. Ediciones Nauta. España, 1992. 2. CLORID S.A., Catálogo de los productos (CD promocional). 3. FAO. Boletín de Suelos de la FAO Nº 68. Medición sobre el terreno de la erosión del suelo y la escorrentía. http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm#TopOfPage 4. Méndez, Nery Martín Ing. Manual de instalación, operación y mantenimiento para los generadores de hipoclorito de sodio “in situ” AQUACHOLR AC25 y AC50 solar, pág. Guatemala. 5. Miller, Augustine. Química Elemental. HARLA, S.A. Ediciones TEC-CIEN. México, 1977. 6. OPS/CEPIS/PUB/02.76. Operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de agua. Manual de capacitación para operadores, Capítulo 5 Hidrometría. Lima, 2002. 7. Pûrschel, Wolfgang. Tratado General del Agua y su Distribución. Tomo 1: La técnica de aforo del consumo de agua de poblaciones (Parte 1ª). URMO S.A. de Ediciones. Primera edición en español. España, 1976. 8. Rojas, Ricardo & Guevara Sixto . HDT 78. Celdas electrolíticas de producción in situ de hipoclorito de sodio. CEPIS – OMS. junio 2000. 9. Sabaster García, Bartolomé (coordinador). Diccionario de Química. Ediciones Generales ANAYA. Madrid, 1995. 10. Schlag, Albert. Hidráulica. Editorial Editorial LIMUSA – WILEY S.A. México, 1966.

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MANUAL PARA AFORO Y DESINFECCIÓN DEL AGUA

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