Diseño de plantas potabilizadoras

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente
Diseño de Plantas Potabilizadoras
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS
Y DEL MEDIO AMBIENTE
358040 – DISEÑO DE PLANTAS POTABILIZADORAS
NOMBRE DEL DIRECTOR DE CURSO
(Director Nacional)
NOMBRE DE ACREDITADOR
(Acreditador)
BOGOTA
2013

2
Contenido
1.1 UNIDAD 1. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN..................................................... 10
1.1.1 LECCIÓN 1 SITUACIÓN ACTUAL DEL RECURSO HÍDRICO ................... 10
1.1.2 LECCIÓN 2: CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA .................................. 18
1.1.3 LECCIÓN 3: NORMATIVIDAD ................................................................... 22
1.1.4 LECCIÓN 4: DETERMINACIÓN Y PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN DE
DISEÑO ............................................................................................................... 27
1.1.5 LECCIÓN 5. EJEMPLO DE CALCULO DE POBLACIÓN ........................... 33
1.2 CAPÍTULO 2: CALCULO DE DOTACIONES..................................................... 38
1.2.1 LECCIÓN 6. CONSUMO DE AGUA ........................................................... 38
1.2.2 LECCIÓN 7: CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA DE ACUEDUCTO
................................................................................................................... 41
1.2.3 LECCIÓN 8. CALCULO DE CAUDALES .................................................... 43
1.2.4 LECCIÓN 9: CAUDAL DE INCENDIOS...................................................... 45
1.2.5 LECCIÓN 10. EJEMPLO DE APLICACIÓN................................................ 47
1.3 CAPÍTULO 3: INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE POTABILIZACIÓN Y
PRE TRATAMIENTO................................................................................................... 50
1.3.1 LECCIÓN 11. PROCESOS UNITARIOS PARA POTABILIZACIÓN DE
AGUA:.................................................................................................................. 50
1.3.2 LECCIÓN 12. TRANSFERENCIA DE IONES............................................. 56
1.3.3 LECCIÓN 13: TRANSFERENCIA DE GASES Y MOLECULAR ................. 58
1.3.4 LECCIÓN 14. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN60
1.3.5 LECCIÓN 15. PRE TRATAMIENTOS......................................................... 70
2 UNIDAD 2. PROCESOS UNITARIOS TRANSFERENCIA DE IONES CAPITULO 4
COAGULACIÓN QUÍMICA DEL AGUA ........................................................................... 83
2.1.1 LECCIÓN 16: PARTÍCULAS COLOIDALES............................................... 83
2.1.2 LECCIÓN 17: TEORÍA DE LA COAGULACIÓN. ........................................ 88
2.1.3 LECCIÓN 18: COAGULANTES.................................................................. 93
2.1.4 LECCIÓN 19: MEZCLA RÁPIDA ................................................................ 97
2.2 CAPITULO 5 : FLOTACIÓN. ........................................................................... 118
2.2.1 LECCIÓN 21: CONCEPTOS TEÓRICOS................................................. 118
2.2.2 LECCIÓN 22: SISTEMAS DE FLOTACIÓN.............................................. 120
2.2.3 LECCIÓN 23. SISTEMA FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (Dissolved Air
Flotation) ............................................................................................................ 122
2.2.4 LECCIÓN 24. AIREADORES POR ASPERSIÓN, DE EFLUENTES O
SURTIDORES.................................................................................................... 125
2.2.5 LECCIÓN 25. EJERCICIOS DE DISEÑO................................................. 131
2.3 CAPITULO 6. DESINFECCIÓN....................................................................... 135
2.3.1 LECCIÓN 26 GENERALIDADES.............................................................. 135
2.3.2 LECCIÓN 27. TEORÍA DE LA DESINFECCIÓN....................................... 138
2.3.3 LECCIÓN 28. TIPOS DE DESINFECCIÓN. ............................................. 141
2.3.4 LECCIÓN 29. EL CLORO......................................................................... 145
2.3.5 REACCIONES DEL CLORO EN EL AGUA Y SU RELACIÓN CON EL
PROCESO DE CLORACIÓN ............................................................................. 146
2.3.6 LECCIÓN 30. DOSIFICACIÓN ................................................................. 148
3 UNIDAD 3. PROCESO UNITARIO DE TRANSFERENCIA DE SOLIDOS .............. 158

3
3.1 UNIDAD 3. PROCESO UNITARIO DE TRANSFERENCIA DE SOLIDOS.
CAPITULO 7 FLOCULACIÓN.................................................................................... 158
3.1.1 LECCIÓN 31. TEORÍA DE LA FLOCULACIÓN ........................................ 158
3.1.2 LECCIÓN 32. CLASIFICACIÓN DE LOS FLOCULADORES.................... 160
3.1.3 LECCIÓN 33 FLOCULADORES HIDRÁULICOS...................................... 161
3.1.4 LECCIÓN 34: FLOCULADOR DE FLUJO HORIZONTAL......................... 166
3.1.5 LECCIÓN 35. EJEMPLO DE DISEÑO FLOCULADOR............................. 170
3.2 CAPITULO 8: SEDIMENTACIÓN .................................................................... 176
3.2.1 LECCIÓN 36: PROCESO DE TRANSFERENCIA DE SÓLIDOS:
SEDIMENTACIÓN FUNDAMENTOS ................................................................. 176
3.2.2 LECCIÓN 37: CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE
SEDIMENTACIÓN.............................................................................................. 183
3.2.3 LECCIÓN 38: SEDIMENTADORES DE FLUJO HORIZONTAL................ 191
3.2.4 LECCIÓN 39: CRITERIOS DE DISEÑO PARA SEDIMENTADORES
HORIZONTALES (CONVENCIONALES) ........................................................... 196
3.2.5 LECCIÓN 40: EJEMPLO DE DISEÑO...................................................... 198
3.3 CAPITULO 9: FILTRACIÓN............................................................................. 202
3.3.1 LECCIÓN 41. TEORÍA DE LA FILTRACIÓN ............................................ 202
3.3.2 LECCIÓN 42. MECANISMOS DE FILTRACIÓN....................................... 207
3.3.3 LECCIÓN 43. CARACTERÍSTICAS DE LOS FILTROS............................ 212
3.3.4 LECCIÓN 44: PARÁMETROS DE DISEÑO.............................................. 220
3.3.5 LECCIÓN 45: EJERCICIO DE DISEÑO Y PLANOS................................. 225
4 BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................... 230

4
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Agentes patógenos y organismos productores de toxinas en aguas superficiales
........................................................................................................................................ 21
Tabla 2 Características físicas......................................................................................... 22
Tabla 3 Características Químicas .................................................................................... 23
Tabla 4. Características Microbiológicas.......................................................................... 23
Tabla 5. Puntaje de riesgo para las características físicas, químicas y microbiológicas para
el cálculo del IRCA .......................................................................................................... 24
Tabla 6. Clasificación del nivel de riesgo en salud según el IRCA. .................................. 25
Tabla 7. Clasificación de los niveles de calidad de las fuentes de abastecimiento y el
grado de tratamiento asociado......................................................................................... 26
Tabla 8. Nivel de complejidad del sistema ....................................................................... 31
Tabla 9. Periodo máximo de diseño para todos los componentes de acueducto ............. 31
Tabla 10. Métodos de cálculo permitidos según el Nivel de Complejidad del Sistema..... 32
Tabla 11. Censos DANE Municipio de San Pedro ........................................................... 33
Tabla 12. Proyección de población por métodos aritmético, geométrico y exponencial ... 37
Tabla 13. Dotación por suscriptor según el nivel de complejidad ..................................... 39
Tabla 14. Determinación de la Dotación neta por habitante según el nivel de complejidad
........................................................................................................................................ 40
Tabla 15. Limites de calidad para el tratamiento de agua mediante filtración rápida
completa.......................................................................................................................... 63
Tabla 16. Limites de Calidad de Agua para plantas de filtración directa .......................... 67
Tabla 17. Limites de calidad de agua para el tratamiento mediante filtración lenta. ......... 69
Tabla 18. Características de las Rejillas .......................................................................... 71
Tabla 19. Efecto al disminuir el tamaño de las esferas .................................................... 86
Tabla 22 VALORES DE Peso específico y viscosidad dinámica................................... 101
Tabla 23. Criterios de diseño para mezcladores rápidos................................................ 102
Tabla 24. Requerimientos de sumergencia.................................................................... 104
Tabla 25. Determinación del ancho W de la Parshall en función del caudal.................. 106
Tabla 26. Dimensiones típicas de Medidores Parshall (cm) (tomada de Acevedo) ....... 106
Tabla 27. Valores de K y n............................................................................................. 107
Tabla 28. Criterios de diseño de aireadores por aspersión ............................................ 126
Tabla 29. Criterios de diseño para aireadores de cascada ............................................ 128
Tabla 30. Criterios de diseño para aireadores de bandejas. .......................................... 130
Tabla 31. Tipos de reacción del Cloro en el Agua.......................................................... 146
Tabla 32. Valores de Ct = K en mg-min/l para inactivación de quiste Giardia por Cloro libre
para log 3....................................................................................................................... 152
Tabla 33. Valores de Ct = K en mg-min/l para inactivación de quiste Giardia por Cloro libre
para log 4....................................................................................................................... 153
Tabla 34. Clasificación de los floculadores .................................................................... 160
Tabla 35. Criterios de diseño para floculadores hidráulicos de tabiques. ....................... 169
Tabla 36. Tipos de sedimentación ................................................................................. 183
Tabla 37. Clasificación de los procesos de sedimentación según el sentido del flujo..... 184
Tabla 38. Criterios de diseño para sedimentadores convencionales.............................. 197
Tabla 39 .Clasificación de los filtros............................................................................... 204
Tabla 40. Características de los medios filtrantes. ......................................................... 215
Tabla 41 Sistemas de drenaje ....................................................................................... 219
Tabla 42. Criterios generales de diseño filtros ............................................................... 222

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ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1. Distribución del agua en la naturaleza .................................................................. 11
Fig. 2. Distribución del agua en la naturaleza .................................................................. 11
Fig. 3. Distribución del agua en el mundo ........................................................................ 13
Fig. 4. Distribución de caudales por áreas hidrográficas (m3
/s)........................................ 14
Fig. 5. Proceso convencional de potabilización de Agua.................................................. 16
Fig. 6. Rejillas Planta de Tratamiento Triple A. Barranquilla. Primera etapa .................... 51
Fig. 7. Rejillas mecánicas. Segunda etapa ...................................................................... 52
Fig. 8. Desarenador convencional.................................................................................... 53
Fig. 9. Sedimentador de Alta taza.................................................................................... 53
Fig. 10. Esquema de una trampa de grasas. ................................................................... 54
Fig. 11. Filtro de Arena, vaciado ...................................................................................... 55
Fig. 12. Sistema de Filtración convencional. Modo Filtración........................................... 55
Fig. 13. Sistema de dosificación coagulante Triple A. Barranquilla .................................. 56
Fig. 14. Sistema de aplicación coagulante. Resalto hidráulico......................................... 57
Fig. 15. Sistema de Aireación en cascada ....................................................................... 58
Fig. 16 Configuraciones típicas de Sistemas de purificación de agua.............................. 60
Fig. 17. Esquema de filtración directa ascendente........................................................... 64
Fig. 18. Esquema Filtración Directa Ascendente Descendente....................................... 66
Fig. 19. Esquema de Filtración lenta tipo FIME................................................................ 68
Fig. 20. Zonas de un desarenador ................................................................................... 71
Fig. 21. Rejilla con barras paralelas................................................................................. 73
Fig. 22. Rejilla lateral inclinada ........................................................................................ 74
Fig. 23. Esquema canal de Entrada y Rejilla. Vista en Planta.......................................... 80
Fig. 24. Corte A – A´ ........................................................................................................ 81
Fig. 25. Corte B – B´ ........................................................................................................ 81
Fig. 26. Tamaño de las partículas suspendidas ............................................................... 84
Fig. 27. Estructura de la doble capa eléctrica .................................................................. 87
Fig. 28. Modelo esquemático del proceso de coagulación ............................................... 90
Fig. 29. Diagrama de coagulación con sulfato de aluminio.............................................. 92
Fig. 30. Diagrama del equipo de jarras ............................................................................ 94
Fig. 31. Mezcladores flujo pistón...................................................................................... 97
Fig. 32. Retromezcladores............................................................................................... 98
Fig. 33. Dimensiones de la canaleta Parshall ................................................................ 105
Fig. 34. Esquema de la Canaleta Parshall ..................................................................... 108
Fig. 35. Dimensiones de la Canaleta Parshall................................................................ 117
Fig. 36. Angulo entre la superficie de sólido y la burbuja de gas.................................... 118
Fig. 37. Esquema de filtración por aire disuelto.............................................................. 122
Fig. 38. Aireadores de cascada .................................................................................... 127
Fig. 39. Aireador de bandejas........................................................................................ 129
Fig. 40. Diseño de bandejas de aireación ...................................................................... 134
Fig. 41. Formas importantes de cloro en la cloración del agua ...................................... 147
Fig. 42. Curva punto de quiebre..................................................................................... 148
Fig. 43. Variación con el pH y la temperatura de los valores de K para la destrucción de
coliformes con cloro libre ............................................................................................... 151
Fig. 44. Floculadores hidráulicos de tabiques ................................................................ 161

6
Fig. 45. Gradientes de energía, y pérdidas en floculadores de flujo horizontal............... 162
Fig. 46.Esquema de un floculador de tabiques de flujo horizontal.................................. 166
Fig. 47. Esquema cámara de aquietamiento.................................................................. 174
Fig. 48. Dimensiones de la primera zona del floculador................................................. 175
Fig. 49. Fuerzas actuantes en una partícula. ................................................................. 178
Fig. 50. Indice de Willcomb para determinar el tamaño del flóculo................................. 182
Fig. 51. Tipos de sedimentadores según el sentido del flujo .......................................... 184
Fig. 52. Zonificación de un sedimentador convencional................................................. 186
Fig. 53. Esquema de sedimentación para bajas velocidades......................................... 187
Fig. 54. Esquema de sedimentación en el caso de altas velocidades............................ 187
Fig. 55. Diagrama sedimentación ideal .......................................................................... 188
Fig. 56. Sedimentadores horizontales de forma rectangular .......................................... 191
Fig. 57.Dispositivos de entrada para decantadores ....................................................... 192
Fig. 58. Vertedero de recolección de agua sedimentada .............................................. 193
Fig. 59. Forma de la tolva de lodos............................................................................... 194
Fig. 60. Sistema de remoción de lodos es sedimentadores circulares. .......................... 195
Fig. 61. Vista en corte sedimentador.............................................................................. 200
Fig. 62. Vista en planta sedimentador............................................................................ 201
Fig. 63. Sistema de Filtración planta de tratamiento Rio Cali. EMCALI. ......................... 203
Fig. 64. Vista parcial da bateria de filtros da ETA Gravatá. ............................................ 204
Fig. 65. Esquema de un filtro de flujo ascendente y tasa constante............................... 206
Fig. 69. Diferentes mecanismos que pueden realizar transporte.................................... 208
Fig. 70. Mecanismo de impacto inercial ......................................................................... 209
Fig. 71. Mecanismo de acción hidrodinámica ................................................................ 210
Fig. 72. Esquema del puente químico............................................................................ 211
Fig. 73. Componentes de un filtro .................................................................................. 213
Fig. 74. Lecho filtrante mixto.......................................................................................... 214
Fig. 75. Falso fondo con viguetas prefabricadas............................................................ 217
Fig. 76. Tuberías perforadas para trabajo con grava ..................................................... 218
Fig. 77. Fondo Leopold.................................................................................................. 218
Fig. 78. Bloque plástico para lavado con aire y agua ..................................................... 219
Fig. 79. Esquema de un sistema de filtración con tasa declinante sin almacenamiento
sustancial aguas arriba de los filtros .............................................................................. 224
Fig. 80 Esquema en corte del filtro................................................................................. 228
Fig. 81. Vista en planta del sistema de filtración. ........................................................... 229

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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
El contenido didáctico del curso académico Diseño de plantas potabilizadoras fue
diseñado por Lorena Salazar Gámez, quien es Ingeniera Civil, DEA en tecnologías en el
medio ambiente, y Doctora en Ingeniería Ambiental por la Universidad Politécnica de
Cataluña UPC (Barcelona – España). Con experiencia profesional e investigativa en el
campo del tratamiento de aguas y residuos sólidos, ha trabajado en empresas de
consultoría ambiental en España y en Colombia, y docente de pregrado y post grado, en la
actualidad se desempeña como docente tiempo completo de la Universidad de Medellín
del programa de Ingeniería Ambiental. Para citar este material por favor hacerlo de la
siguiente manera:
Salazar, L. (2012). Diseño de plantas potabilizadoras. Módulo didáctico. Medellín:
Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD.

8
INTRODUCCIÓN GENERAL
El agua es una sustancia maravillosa, fluye, se condensa, forma caminos, se filtra, gotea,
moviéndose constantemente de mar a tierra y viceversa, puede ser cristalina, blanca, o
negra y opaca, incluso puede sentir vibraciones. El agua es un elemento esencial para la
vida en la tierra y en el ser humano, el World Water Council, (WWC, 2000), nos da una
descripción de la importancia del agua para la vida: “El agua es vida. Todo organismo vivo,
está constituido principalmente por agua: los seres humanos son un 60% agua, los peces
un 80%, las plantas entre 80 – 90%. El agua es necesaria para todas las reacciones
químicas que se generan en las células, y es esencial para la producción de alimentos y los
ecosistemas vivos. Sin embargo su uso genera grandes conflictos a nivel mundial,
aproximadamente 2 billones de habitantes viven en países con escasez de agua. Algunos
expertos estiman que este valor se puede duplicar en 25 años (Cunningham &
Cunningham, 2012).
Además de la escasez del recurso, las fuentes superficiales susceptibles de ser empleadas
para el consumo humano, como ríos, embalses, lagunas, en la actualidad se encuentran
contaminadas, generando las enfermedades de origen hídrico, siendo estas enfermedades
uno de los principales problemas en los países en desarrollo, cerca de 1,6 millones de
personas se ven obligadas a utilizar el agua contaminada. A mediados de la década de los
90 estas deficiencias resultaron en la muerte de alrededor de 2.2 millones de personas en
su mayoría niños menores de cinco años por causa de enfermedades gastrointestinales
como la diarrea a nivel mundial (UNESCO, 2003).
En este sentido conocer y aplicar, las tecnologías disponibles, para purificar el agua es una
necesidad, en nuestro continente. El proceso más empleado para purificar agua en
sistemas urbanos, en Latinoamérica es el tratamiento “convencional,” que consiste en un
pretratamiento, seguido por un proceso de coagulación floculación, sedimentación,
filtración y desinfección (Ndabigengesere & Narasiah, 1998). Esta tecnología constituyen
la interacción de una serie de operaciones o procesos unitarios, un proceso unitario, es un
proceso físico, químico o biológico mediante el cual, las sustancias contaminantes son
removidas o transformadas en sustancias inocuas, y su base conceptual puede ser
empleadas en otros tipos de tecnologías como en tratamiento de agua o suelo.
En esta asignatura se estudiaran las diferentes tecnologías que se aplican para la
potabilización de agua. El estudiante estará en la capacidad de conocer las características
físicas, químicas y biológicas del agua, seleccionar y diseñar a nivel de pre factibilidad
sistemas de potabilización de agua.
La asignatura se compone de tres unidades. En la primera unidad se introduce al
estudiante en la problemática del agua, de la normatividad existente RAS 2000, decreto
2115 del 2007, entre otras, la metodología para calcular población, las diferentes

9
alternativas de pretratamiento y la sedimentación convencional. En la segunda unidad,
profundizaremos en los procesos unitarios de transferencia de sólidos profundizaremos en
la sedimentación de alta taza, filtración, floculación, mezcladores rápidos, y para finalizar
en la tercera unidad iniciaremos con el proceso unitario de Transferencia de Iones donde
se abordaran los temas de coagulación, desinfección y aireación.
Cada unidad contiene ejercicios propuestos y resueltos con el fin de que al final se
integren todos los procesos unitarios vistos y se integren en lo que se denomina un
sistema de potabilización de agua.
Bienvenid@s!

10
UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN AL TRATAMIENTO DE AGUA
1.1 UNIDAD 1. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1.1 LECCIÓN 1 SITUACIÓN ACTUAL DEL RECURSO HÍDRICO
El agua ha sido uno de los principales vectores medioambientales duramente castigados
por la acción del hombre. En la actualidad, nadie duda que sea imprescindible desarrollar
e implementar tecnología adecuada al medio, para remediar problemas de
desabastecimiento como de calidad en el tratamiento del agua, con el fin de disminuir los
riesgos a la salud y al medio ambiente. En este capítulo se dará una breve introducción a la
problemática actual del recurso hídrico, en los criterios de calidad, la normatividad
existente para sistemas de potabilización, y las bases para iniciar con el diseño de una
planta de potabilización como es el cálculo poblacional.
1.1.1.1Aspectos globales
El agua es un elemento esencial para la vida en la tierra y en el ser humano, el World
Water Council, nos da una descripción de la importancia del agua para la vida: “El agua es
vida. Toda organismo vivo, está constituido principalmente por agua: los seres humanos
son un 60% agua, los peces 80%, plantas entre 80 – 90%”. El agua es necesaria para todas
las reacciones químicas que se generan en las células, y es esencial para la producción de
alimentos y los ecosistemas vivos 1
. El agua es un recurso crítico, sin el cual la vida no es
posible (WWC, 2000).
El agua está distribuida en la tierra de diferentes maneras: en agua salubre, dulce,
subterránea y en capas de hielo permanentemente congeladas sobre la superficie de las
regiones muy frías o pre glaciares. Del total del agua existente en la tierra solamente el
2.4% de toda el agua en el planeta es agua dulce, de este porcentaje el 87.2% de esta agua
dulce se encuentra en glaciares, capas de hielo, y nieve, el 12% es agua subterránea, de
difícil captación y tratamiento, y únicamente el 0.8% es agua dulce disponible para los
diversos usos, de este 0.8% de agua disponible, el 23.8% está presente en la humedad del
suelo, de plantas, el 4.8% en la atmósfera, 1.8% en humedales, y solo el 0.6% en ríos, ver
Fig. 1.
1
http://serc.carleton.edu/eslabs/drought/1a.html

11
Fuente: (Cunningham & Cunningham, 2012)
Fig. 1. Distribución del agua en la naturaleza
Fig. 2. Distribución del agua en la naturaleza
Fuente: (Cunningham & Cunningham, 2012)

12
1.1.1.2Problemática
La escasez de agua afecta ya a todos los continentes. Cerca de 1.200 millones de personas,
casi una quinta parte de la población mundial, vive en áreas de escasez física de agua,
mientras que 500 millones se aproximan a esta situación. Otros 1.600 millones, alrededor
de un cuarto de la población mundial, se enfrentan a situaciones de escasez económica de
agua, donde los países carecen de la infraestructura necesaria para transportar el agua
desde ríos y acuíferos.
La escasez de agua constituye uno de los principales desafíos del siglo XXI al que se están
enfrentando ya numerosas sociedades de todo el mundo. A lo largo del último siglo, el uso
y consumo de agua creció a un ritmo dos veces superior al de la tasa de crecimiento de la
población y, aunque no se puede hablar de escasez hídrica a nivel global, va en aumento
el número de regiones con niveles crónicos de carencia de agua.
La escasez de agua es un fenómeno no solo natural sino también causado por la acción del
ser humano. Hay suficiente agua potable en el planeta para abastecer a 6.000 millones de
personas, pero ésta está distribuida de forma irregular, la existente se desperdicia, está
contaminada y se gestiona de forma insostenible, en la Fig. 3 se puede observar la escases
del recurso en países como África, Oriente medio, India y China, países que tienen una
gran densidad poblacional (PNUD, 2006).

13
Fig. 3. Distribución del agua en el mundo
Fuente: Gráficos vitales del Agua, PNUMA
El problema no es únicamente la escasez del recurso hídrico, en países en desarrollo uno
de los principales problemas son las enfermedades de origen hídrico, cerca de 1,6
millones de personas se ven obligadas a utilizar el agua contaminada. A mediados de la
década de los 90 estas deficiencias resultaron en la muerte de alrededor de 2.2 millones
de personas en su mayoría niños menores de cinco años por causa de enfermedades
gastrointestinales como la diarrea a nivel mundial (UNESCO, 2003).
Teniendo en cuenta esta problemática, se ha dado curso a una serie de iniciativas
mundiales, una de las más famosas se dio en la Cumbre del Milenio de Naciones Unidas de
septiembre de 2000, donde se congregó el mayor número de líderes mundiales jamás
reunido para aprobar la Declaración del Milenio. De aquella Declaración surgieron los
Objetivos del Desarrollo para el Milenio” (ODM), un compendio de objetivos alcanzables y
sujetos a plazo orientados a extender los beneficios de la globalización a los ciudadanos
más pobres del mundo. La meta 10 del Objetivo 7 persigue reducir a la mitad el porcentaje
de la población mundial sin acceso seguro al agua potable. Más tarde, durante la Cumbre
Mundial sobre Desarrollo Sostenible de Johannesburgo, en 2002, se ampliaría el alcance

14
de esta meta incluyendo también el acceso a un saneamiento básico y reconociendo que
los recursos hídricos son un factor fundamental para la consecución del resto de los
Objetivos de Desarrollo del Milenio. Esta referencia al saneamiento está actualmente
integrada en la meta 10.
1.1.1.3Situación del recurso hidrico en Colombia
Colombia se clasifica como uno delospaíses conmayor oferta hidrica natural del mundo. El
estudio nacional del agua 2010 (IDEAM, 2010), estima que en Colombia existe un
rendimiento hídrico promedio de 63 L/s-km2
que supera seis veces el rendimiento
promedio mundial (10 L/s-km2
) y tres veces el rendimiento de latinoamérica (21 63 L/s-
km2
).
Del volumen total anual de precipitación en Colombia (3.700 km3), el 61% se convierte en
escorrentia superficial, y fluje por las cinco áreas hidrográficas en las que se divide el
territorio nacional continental, la Fig. 4 presenta las diferentes áreas hidrográficas del pais,
y su distribución de caudales.
Fig. 4. Distribución de caudales por áreas hidrográficas (m3
/s)
Fuente: (IDEAM, 2010)

15
Según la Fig. 4, podemos obserbar que la mayor oferta de agua la brinda la cuenca del
Amazonas, seguido con la cuenca del Orinoco, Pacífico y la Andina. Lo cual con coincide
con la densidad poblaciónal en donde el área que mayor población alberga es la Andina.
El crecimiento actual de la nación ha congregado la demanda hídrica sobre regiones
donde su oferta es escasa y en las cuales los procesos de crecimiento poblacional
amplifican la presión sobre un recurso que ya registra altos requerimientos para mantener
la estructura socio-económica instalada (Dominguez, Rivera, Vanegas Sarmiento, &
Moreno, 2008).
Esto nos lleva a la situación actual en donde, según el informe publicado por la Defensoría
del Pueblo, para el año 2005, el agua que se consume en el país no cumple para ser
potable. En ese sentido, más de doce millones de habitantes de las cabeceras municipales
es decir el 55,3% de la población analizada están recibiendo un servicio de acueducto que
suministra agua no apta para consumo humano (Defensoria del Pueblo, 2005).
Es por esto que capacitarse en tecnologías que puedan dar solución a la problemática del
agua potable, y que sea aplicada en paises en vias en desarrollo es una necesidad. En la
actualidad uno de los tratamientos de agua mas empleado es el tratamiento
“convencional,” este se describe en la Fig. 5, consiste en un proceso de pre tratamiento
(rejillas y desarenador), la adición de químicos y una mezcla rápida, que se denomina el
proceso de coagulación, luego una clarificación que se denomina floculación, seguida de
una sedimentación de alta taza, filtración y desinfección, con frecuencia se emplea el cloro
como desinfectante ya para finalizar un control de pH lo que se denomina alcalinización
(Ndabigengesere & Narasiah, 1998).

16
Fig. 5. Proceso convencional de potabilización de Agua.
Fuente: Elaboración propia “Módulos de Clase”, plantas de tratamiento, Ingeniería
Ambiental UDEM. 2012.

17
En el siguiente enlace se puede encontrar la descripción del proceso de tratamiento de la
PTAP de Puerto Mallarino de la Ciudad de Cali.
Planta de Potabilización Puerto Mallarino Cali
1.1.1.4USOS DEL AGUA
El agua dulce tiene diferentes usos dependiendo de la destinación final, a continuación se
sintetiza, los usos del agua definidos en el Decreto 1594 de 1984, capítulo III, articulo 29 y
en el Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS TITULO B 2010):
a) Uso residencial
b) Uso Comercial
c) Uso industrial
d) Uso rural - agrícola
e) Para fines públicos
f) Escolar
g) Institucional
Sin embargo no todos los usos tienen los mismos consumos, el sector que presenta un
mayor consumo es el agrícola, seguido del industrial y el doméstico. Además no todos los
usos tienen las mismas exigencias de calidad, es decir no es lo mismo tratar un agua para
un uso agrícola que para un uso residencial. Esto es muy importante a la hora de diseñar
un sistema de potabilización de agua ya que nos determinará el caudal de diseño.

18
1.1.2 LECCIÓN 2: CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA
El agua es el constituyente más importante del organismo humano y del mundo en el que
vivimos. Tiene una gran influencia en los procesos bioquímicos que ocurren en la
naturaleza. Esta influencia no solo se debe a sus propiedades fisicoquímicas como
molécula bipolar sino también a los constituyentes orgánicos e inorgánicos que se
encuentran en ella, recientemente se están descubriendo nuevas propiedades del agua
como la capacidad de.
Se considera que el agua es un solvente universal, debido a que es capaz de disolver o
dispersar la mayoría de sustancias con las que tiene contacto, sean estas sólidas, líquidas o
gaseosas, y de formar con ellas iones, complejos solubles e insolubles, coloides o
simplemente partículas dispersas de diferente tamaño y peso (Barrenechea, 2004).
Desde el punto de vista de la salud humana, el agua ayuda a eliminar las sustancias
resultantes de los procesos bioquímicos que se desarrollan en el organismo humano, a
través de los órganos excretores, en especial la orina y el sudor. Sin embargo, por esta
misma propiedad, puede transportar una serie de tóxicos al organismo que pueden
afectar a diferentes órganos, de manera reversible o irreversible.
1.1.2.1Calidad del agua
El término calidad del agua es relativo y solo tiene importancia universal si está
relacionado con el uso del recurso. Esto quiere decir que una fuente de agua
suficientemente limpia que permita la vida de los peces puede no ser apta para la
natación y un agua útil para el consumo humano puede resultar inadecuada para la
industria.
Para decidir si un agua califica para un propósito particular, su calidad debe especificarse
en función del uso que se le va a dar. Bajo estas consideraciones, se dice que un agua está
contaminada cuando sufre cambios que afectan su uso real o potencial. Para tener
criterios de decisión sobre el tipo de uso o de tratamiento que se le dará a un agua, es
necesario conocer sus características físicas, químicas, y microbiológicas, así como las
técnicas de análisis de cada una. A continuación se sintetizará cada una de las
características del agua:

19
1.1.2.2Características físicas
Las características físicas del agua, llamadas así porque pueden impresionar a los sentidos
(vista, olfato, etcétera), tienen directa incidencia sobre las condiciones estéticas y de
aceptabilidad del agua.
Se consideran importantes las siguientes:
 Turbiedad
 Sólidos solubles e insolubles
 Color
 Olor y sabor
 Temperatura
1.1.2.3Características químicas
El agua, como solvente universal, puede contener cualquier elemento de la tabla
periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para el tratamiento del
agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en la salud del consumidor.
Dentro de las características químicas más empleadas podemos resumir las siguientes:
Inorgánicas
 Acidez
 Alcalinidad
 Dureza
 pH
 Conductividad
 Aceites y Grasas
 Compuestos orgánicos e inorgánicos
 Fosfatos
 Nitritos y nitratos
Orgánicas
 Materia orgánica: Demanda Química de Oxígeno, Demanda Bioquímica de
Oxígeno, Carbono Orgánico Total
 Oxígeno disuelto

20
1.1.2.4Características microbiológicas
La contaminación fecal de las fuentes de aguas superficiales para abastecimiento de
consumo humano es uno de los problemas más preocupantes en los países en vías de
desarrollo. En las grandes ciudades esta contaminación se debe principalmente al
vertimiento de los desagües sin ningún tratamiento. También se ha observado que la
contaminación fecal es intensa en las zonas de arrastre provenientes de los corrales de
engorde de bovinos y de las avícolas (OPS, OMS, 1996).
Además del vertimiento o infiltración de aguas residuales sin tratar, también aportan
contaminantes los lixiviados de rellenos sanitarios, los efluentes de aguas residuales con
tratamiento deficiente, las infiltraciones de tanques sépticos, etcétera. Asimismo, la
escorrentía pluvial y las inundaciones ocasionan el deterioro de la calidad del agua de los
recursos hídricos. En las zonas rurales la contaminación fecal se origina por la defecación a
campo abierto y por la presencia de animales domésticos y silvestres que actúan como
reservorios de agentes patógenos.
El uso de aguas superficiales como fuentes de agua de bebida implica un riesgo de
transmisión de enfermedades hídricas. Los agentes patógenos involucrados con la
transmisión por esta vía son las bacterias, virus y protozoos, helmintos y cyanobacterias,
que pueden causar enfermedades con diferentes niveles de gravedad, desde una
gastroenteritis simple hasta serios y a veces fatales cuadros de diarrea, disentería,
hepatitis o fiebre tifoidea. La transmisión hídrica es solo una de las vías, pues estos
agentes patógenos también pueden transmitirse a través de alimentos, de persona a
persona debido a malos hábitos higiénicos y de los animales al hombre, entre otras vías.
Los agentes patógenos y los organismos productores de toxinas que pueden estar
presentes en aguas superficiales y cuya transmisión hídrica está demostrada pertenecen a
los siguientes grupos:

21
Tabla 1. Agentes patógenos y organismos productores de toxinas en aguas superficiales
Fuente: (Aurazo de Zumaeta, 2004)
Figura 1. Rotavirus Figura 2.Ameba
Figura 3. Bacterias

22
1.1.3 LECCIÓN 3: NORMATIVIDAD
En Colombia, la legislación más empleada en términos de agua para potabilización es la
Resolución 2115 del 2007, del Ministerio de la Protección Social Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial, donde resuelve las características que tiene que tener el
agua para consumo humano. Define las características físicas y el valor mínimo aceptable
en que pueden estar en el agua, ver Tabla 2, las características químicas y su valor mínimo
aceptable, se describen parcialmente, en la Tabla 3, y las características microbiológicas,
se observan en la Tabla 4. Además nos presenta el índice de riesgo de la calidad del agua
para el consumo humano –IRCA- Tabla 5, que consiste en un instrumento para determinar
la calidad del agua en base al no cumplimiento de los valores aceptables, de las
características físicas, químicas y microbiológicas, ver. Tabla 6
Tabla 2 Características físicas
Fuente Decreto 2115/2007
CONDUCTIVIDAD. El valor máximo aceptable para la conductividad puede ser hasta 1000
microsiemens/cm.
POTENCIAL DE HIDRÓGENO. El valor para el potencial de hidrógeno pH del agua para
consumo humano, deberá estar comprendido entre 6,5 y 9,0.

23
Tabla 3 Características Químicas
Tabla 4. Características Microbiológicas

24
Tabla 5. Puntaje de riesgo para las características físicas, químicas y microbiológicas para
el cálculo del IRCA
Una vez se realice la evaluación del riesgo teniendo en cuenta cada una de las
características del agua, clasificamos el nivel de riesgo, si el valor del IRCA es cero (0)
puntos, significa que cumple con los valores aceptables para cada una de las
características físicas, químicas y microbiológicas contempladas en la presente Resolución
y cien puntos (100) para el más alto riesgo cuando no cumple ninguno de ellos.

25
Dependiendo de esta valoración se puede determinar si el nivel de riesgo es inviable
sanitariamente, alto, medio, bajo y sin riesgo, además nos da información sobre las
acciones que se pueden tomar con este recurso, ver Tabla 6.
Tabla 6. Clasificación del nivel de riesgo en salud según el IRCA.
Otra regulación importante la encontramos en el Reglamento Técnico del Sector de Agua
Potable y Saneamiento Básico RAS, titulo B, nos presenta la Tabla 7, donde nos permite a
partir de las características y grados de cumplimiento, dar una recomendación sobre el
tipo de tratamiento que se puede emplear para potabilizar el agua.

26
Tabla 7. Clasificación de los niveles de calidad de las fuentes de abastecimiento y el grado
de tratamiento asociado.

27
1.1.4 LECCIÓN 4: DETERMINACIÓN Y PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN DE DISEÑO
Uno de los primeros parámetros para tener en cuenta en el diseño de una planta de
potabilización es la población de diseño, esta permitirá posteriormente calcular las
dotaciones y el caudal a emplear en el dimensionamiento del sistema de potabilización.
Por lo general las plantas de potabilización se diseñan para un grupo poblacional, es decir
un municipio, vereda, etc., no obstante existen soluciones particulares que podrían ser
una finca o un conjunto residencial donde el cálculo de la población de diseño es menos
complejo.
En nuestro caso de estudio seguiremos las recomendaciones para un sistema de
acueducto de una población hipotética, denominada “San Pedro”, con el fin de hacer más
aplicativo el aprendizaje. El titulo B del RAS nos recomienda que para la estimación de la
proyección de la población se debe tener en cuenta los datos establecidos para la
población por el DANE, tanto para la definición del nivel de complejidad del sistema como
para la proyección de la población.
El último dato de población establecido por el DANE para el municipio objeto del diseño
debe tenerse en cuenta como un último censo a utilizarse para la proyección de la
población.
1.1.4.1Censos de población
Deben recolectarse los datos demográficos de la población, en especial los censos de
población del DANE y los censos disponibles de suscriptores de acueducto y otros servicios
públicos de la localidad o localidades similares. Con base en los datos anteriores se
establecerán los criterios y parámetros que determinen el crecimiento de la población,
(Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico, 2010).
Población futura
En el diseño de un sistema de abastecimiento uno de los datos básicos es la determinación
del caudal necesario, para una población o núcleo, el cual depende del número de
habitantes y la producción industrial que tendrá la localidad al fin del período de diseño.
Cuando estos factores crecen, el consumo de agua aumentará. Los factores más
importantes que influyen en el crecimiento de la población son los nacimientos, las
muertes y las migraciones de población (aumento o disminución). Algunas localidades
tienen población flotante considerable que debe tenerse en cuenta al calcular la población

28
que va a servirse del acueducto; es el caso de poblaciones veraniegas (entrará en juego el
criterio del Ingeniero para estimar la población flotante).
En nuestro medio el crecimiento de las ciudades grandes e intermedias oscila entre el 2 y
3% mientras que para pequeñas y la zona rural está entre 1 y 2%. Sin embargo estos
datos no pueden generalizarse y son apenas magnitudes de referencia, pues hay muchas
localidades con crecimientos inferiores al 1% y aún negativos.
1.1.4.2Métodos de cálculo
Método aritmético
Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. Se
supone que la tasa de variación de la población con el tiempo es constante:
K
t
P



Integrando la ecuación entre los límites ti, año inicial y tf año final se tiene:
  
f
i
f
i
if
P
P
t
t
ttKtKP )(
)( if ttKPP if 
)( iff ttKPP i 
Siendo:
Pf = población para un año futuro (año de predicción)
Pi = población del año inicial o año básico
La constante K se puede calcular así:
12
12
tt
PP
K



En la cual P2 y P1 son las poblaciones de los años t2 y t1 obtenidos de la información
existente.
La aplicación exacta de la fórmula implica no tener en cuenta la dinámica de crecimiento
en los años intermedios con información censal. Por tanto, se sugiere que a los resultados

29
obtenidos se les haga un análisis de sensibilidad teniendo en cuenta las siguientes
variaciones metodológicas:
 Usar como año inicial para la proyección cada uno de los años existentes entre el
primero y el penúltimo censo.
 Calcular una tasa de crecimiento poblacional representativa de la dinámica entre
los diferentes datos censales disponibles, y con esta realizar las proyecciones a
partir de los datos del último censo
Método Exponencial o Logarítmico
La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos para poder
determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su
aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y posean abundantes áreas
de expansión.
Se supone que el crecimiento de la población es proporcional a la población existente en
un momento dado:
K
t
P



P K constante
  
f
i
f
i
P
P
t
t
tKPP
f
i
F
i
t
t
P
P
tKLn 
)( ifif ttKPLnPLn 
)( ifif ttKPLnPLn 
)( if TTk
if ePP


Esta última es la ecuación empleada
La constante K puede calcularse así:
)( 1212 ttKPLnPLn 

30
12
12
TT
LnPLnP
k



Donde K es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el promedio de
las tasas para cada par de censos, P2 y P1 son las poblaciones de los años t2 y t1 obtenidas
de la información existente (censos).
Método Geométrico
El Método Geométrico es útil en poblaciones que muestren una importante actividad
económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de
expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades.
La solución de la ecuación diferencial exponencial puede también visualizarse de la
siguiente forma:
Reemplazando ek
del método exponencial por (1 + r) se tiene la fórmula de interés
compuesto:
if tt
if rPP 
 )1(
Si ntt if  Periodo de tiempo que se quiere averiguar de la población.
in
if rPP )1( 
En donde r es la rata de crecimiento anual y n el número de años en consideración.
Cuando no se posea la rata de crecimiento anual de una localidad. La tasa de crecimiento
anual se calcula de la siguiente manera:
1
)(
1
1
2
12







TT
P
P
r
La escogencia entre el método aritmético y el método geométrico se basa en la
inspección del gráfico trazado a partir de la escala aritmética. Una aparente relación lineal
implicaría el uso del método aritmético; en cambio una curva aparentemente cóncava
hacia arriba implicaría el uso del geométrico, además hay que tener en cuenta los
parámetros de la Tabla 10.

31
1.1.4.3Determinación del nivel de complejidad del sistema
A partir de los datos anteriores podemos determinar el nivel de complejidad del sistema,
como nos indica la Tabla 8 (tabla A.3.1, del RAS titulo A), dependiendo de la población
proyectada calculo el nivel de complejidad.
Tabla 8. Nivel de complejidad del sistema
Fuente: RAS Titulo A (2000)
1.1.4.4Determinación del periodo de diseño
El periodo de diseño se calcula teniendo en cuenta la Resolución 2320 del 27 de
noviembre del 2010, donde nos indica que dependiendo del nivel de complejidad se
determinará el periodo máximo de diseño.
Tabla 9. Periodo máximo de diseño para todos los componentes de acueducto
Fuente: MAVDT Resolución 2320 (2009)
1.1.4.5Determinación del tipo de método de proyección poblacional
El método de cálculo para la proyección de la población depende del nivel de complejidad
del sistema según se muestra en la Tabla 10.

32
Tabla 10. Métodos de cálculo permitidos según el Nivel de Complejidad del Sistema
Fuente RAS 2010 Titulo B. Tabla B.2.1
Ajuste por población flotante y población migratoria
Debe ajustarse la proyección de la población para tener en cuenta la población flotante,
de acuerdo con los estudios socioeconómicos disponibles para la población. En el cálculo
de la población por abastecer se deben considerar actividades turísticas, laborales,
industriales y/o comerciales que representen población flotante.
En el caso que existan posibilidades de migración hacia el municipio, ésta debe tenerse
presente en los estudios de proyección de la población. En el caso que no existan datos, el
consultor debe proyectar la población utilizando alguna metodología especial establecida
de común acuerdo con la entidad contratante (MAVDT, 2010).
ETNIAS MINORITARIAS
En el caso que en el municipio objeto de la construcción o ampliación de un sistema de
acueducto exista una etnia minoritaria, la proyección de la población de ésta debe ser
objeto de un estudio individual detallado.

33
1.1.5 LECCIÓN 5. EJEMPLO DE CALCULO DE POBLACIÓN
Calcular la población de diseño y el nivel de complejidad para el Municipio de San Pedro
según los siguientes censos del DANE, ver Tabla 11.
Tabla 11. Censos DANE Municipio de San Pedro
1.1.5.1Método aritmético
Teniendo en cuenta los datos censales, tenemos que la proyección de población a 25 años
a partir del 2012 o sea año 2037, sería así:
Calculo de los tiempos
𝑡2 − 𝑡1 = 2005 − 1993 = 12 𝑎ñ𝑜𝑠
𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 = 2037 − 2005 = 32 𝑎ñ𝑜𝑠
Calculo de las poblaciones
𝑝2 − 𝑝1 = 31806 − 24909 = 6897
Determinación de K
𝐾 =
6897
12
5574
Cálculo población futura
𝑝 𝑓 = 𝑝2 + 𝐾 ∗ 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 = 31806 + 574 ∗ 32 = 50198 ℎ𝑎𝑏
Con el método aritmético, se obtiene una población de 50.198 habitantes para el año
2037.
AÑO POBLACIÓN
1993 24.909
2005 31.806
2010 34.402

34
Si realizamos el mismo procedimiento para un periodo de diseño de 30 años tendríamos
que la población futura para el 2042, es de 53072 habitantes.
1.1.5.2Método exponencial o logarítmico
Aplicando los datos censales del municipio de San Pedro, encontrar la proyección de la
población a 25 años y a 30 años, mediante el método exponencial:
)( titfK
if ePP 

- Hallar el valor de K entre 1993 y 2005.
020.0
19932005
909.24806.31
1 



LnLn
K
- Hallar el valor de K entre 2005 y 2010.
016.0
5
806.31402.34
2 


LnLn
K
- Hallar el valor de K entre y 1993 - 2010.
019.0
19932010
806.31402.34
3 



LnLn
K
018.0
3
019.0016.0020.0
3
321





KKK
Km
AÑO POBLACIÓN
1993 24.909
2005 31.806
2010 34.402

35
019.01
24909
34402
1
19932010
1
)(
1
1
2
12













TT
P
P
r
)( if TTk
if ePP


Población futura a 25 años, a partir del 2012
Pf = 34.402 e(0.0179)(2037 - 2010)
= 56.467 hab.
Aplicando el mismo procedimiento calculamos para 30 años, con un total de 61.893
habitantes.
1.1.5.3Método geométrico
Del ejercicio anterior aplicar el método geométrico, para calcular la población a 25 y a 30
años.
- Calcular la rata de crecimiento entre 1.993 y 2.005
020.01
24909
31086
1
19932005
1
)(
1
1
2
12













TT
P
P
r r1 = 2.0 %
- Hallar la rata de crecimiento entre 2005 y 2010
0158.1
31806
34402
1
20052010
1
)(
1
1
2
12













TT
P
P
r r = 1.58 %
- Hallar la rata de crecimiento entre 1993 y 2.010
r = 1.9%
AÑO POBLACIÓN
1993 24909
2005 31806
2010 34402

36
Efectuando un promedio de r se obtiene:
%85.1
3
1.91+1.58+2.0
mr
Para el año 2037 la población final a partir del año de diseño en este caso 2012 será:
Pf = 34420 (1 + 0.0185)27
= 56469 habitantes.
Para una proyección de 30 años año 2042 tenemos que:
Pf = 34420 (1 + 0.0185)32
= 61897 habitantes.
1.1.5.4Calculo del nivel de complejidad
Según el ejemplo anterior, el municipio de San Pedro con población proyectada a 25 o a
30 años, no sobrepasa los 60.000 habitantes, analizando la Tabla 8, obtenemos que el
nivel de complejidad del municipio de San Pedro es MEDIO ALTO.
1.1.5.5Calculo del periodo de diseño
Como lo determinamos anteriormente, el nivel de complejidad es Medio Alto, con lo cual
según la Tabla 9, nos indica que el periodo máximo de diseño para el municipio de San
Pedro, será de 25 años.
1.1.5.6CALCULO FINAL DE POBLACIÓN PROYECTADA
Según la Tabla 10, tenemos que para el Municipio de San Pedro, los métodos a emplear
serian el aritmético, geométrico y exponencial, los otros métodos se refieren a estudios
demográficos detallados, y el detalle de zonas y densidades, etc. La ampliación de estos
métodos se observa en el titulo B de la RAS 2010. Para nuestro caso de estudio, se debe
proyectar la población a 25 años, con lo cual tenemos que el análisis para los tres
métodos, se detalla en la Tabla 12:
La Tabla 12, presenta el resumen de las proyecciones poblacionales para el municipio de
San Pedro a 25 y 30 años.

37
Tabla 12. Proyección de población por métodos aritmético, geométrico y exponencial
AÑO/
POBLACIÓN
ARITMÉTICO GEOMÉTRICO EXPONENCIAL PROMEDIO
Habitantes Habitantes Habitantes Habitantes
2037 50198 56467 56496 54378
2042 53072 61893 61897 58954
Teniendo en cuenta que el análisis se realizará para un periodo de 25 años, por lo tanto la
proyección empleada es para el 2037, según los datos de la Tabla 12, observamos que los
datos del método geométrico y exponencial son relativamente similares, sin embargo
varia el método aritmético, por lo tanto es conveniente hacer un promedio de estos tres
métodos. Con lo cual la población de diseño es de 54378 habitantes.

38
1.2 CAPÍTULO 2: CALCULO DE DOTACIONES
En este capítulo se describe el cálculo de dotaciones, o de la cantidad de agua que
requiere una población para satisfacer sus necesidades en un tiempo, por lo general se
estima en un intervalo de un año, el cálculo de las pérdidas en el sistema, y las dotaciones,
para llegar al final al caudal de diseño que es una herramienta básica para iniciar con el
diseño de plantas de potabilización. Se seguirá las recomendaciones de la normatividad en
este caso el Reglamento Técnico de Agua y Saneamiento Básico, con su última
actualización del título B “Sistemas de Acueducto” (2010), y de la resolución del Ministerio
de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2320 del 2009. Para finalizar se termina
este capítulo con un ejemplo aplicativo.
1.2.1 LECCIÓN 6. CONSUMO DE AGUA
Dotación, es la cantidad de agua necesaria que requerirá una población, durante un año.
La base más segura para el cálculo del consumo de agua son los datos de consumo actual
y pasado, teniendo en cuenta los factores que pueden influir en el futuro.
El consumo es expresado en términos del consumo medio diario por habitante durante un
año (dotación). Se obtiene sumando el consumo de todos los días del año y dividiendo el
consumo total por 365 días y por la población:
365321 ......... qqqqQt 
P
Qt
qm
*365

Donde:
mq = consumo medido expresado en lt/Hab/día
P = Población servida (no la población total)
1.2.1.1Dotación neta
La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida, para satisfacer las
necesidades básicas de un suscriptor o de un habitante, dependiendo de la forma de
proyección de la demanda de agua, sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema
de acueducto.

39
Existen cuatro métodos para calcular la dotación neta, estos son:
a) Dotación por suscriptores
b) Dotación por habitante
c) Según el uso del agua
d) Comparación con barrios, sectores o municipios similares
1.2.1.2Dotación por suscriptores
En aquellos casos en que se tenga la información necesaria, de la empresa prestadora del
servicio de acueducto o en el sistema único de información (SUI) de la Súper Intendencia
de Servicios Públicos Domiciliarios, el consultor y/o la persona prestadora del servicio,
deben conocer el valor existente sobre consumo promedio por suscriptor. En caso de que
no se cuente con datos históricos sobre consumos de agua potable por los suscriptores, el
consultor debe utilizar la dotación por suscriptor establecida en la Tabla 13.
Tabla 13. Dotación por suscriptor según el nivel de complejidad
Fuente: RAS Titulo B (2010)
Para propósitos de la tabla anterior se considera como clima cálido aquella zona del
territorio nacional que se encuentre por debajo de 1000 m.s.n.m.
1.2.1.3Dotación Neta por Habitante
En caso de que se opte por la opción para el cálculo de la demanda de agua, mediante la
proyección de la población, la dotación neta por habitante es función del nivel de
complejidad del sistema y sus valores máximos se deben establecer con la tabla B.2.3
mostrada a continuación.

40
Fuente: RAS Titulo B (2010). Tabla B.2.3.
1.2.1.4Dotación neta según el uso del agua
En la evaluación de las dotaciones netas de agua para un municipio, se pueden tener
dotaciones diferentes para cada uno de los usos de agua que existan en el municipio:
residencial, comercial, industrial, institucional, fines públicos, escuelas y usos en zonas
rurales anexas al municipio. Todos estos deben considerarse en las dotaciones y en las
demandas de agua, tanto actuales como proyectadas.
Sin embargo, para aquellos sistemas de acueducto donde los consumos del uso residencial
representen más del 90% del consumo total de agua potable, el cálculo de agua se puede
realizar teniendo en cuenta únicamente la dotación neta residencial sumándole a ésta un
porcentaje que tenga en cuenta los otros usos en forma agrupada según los datos de
consumo existentes.
En caso contrario, el cálculo de la demanda de agua potable debe realizarse en forma
desagregada para cada uno de los usos principales y para cada uno de ellos el consultor
y/o la persona prestadora del servicio deben determinar las dotaciones netas.
1.2.1.5Estimación de la dotación neta por comparación con barrios, sectores o
municipios similares
En caso que no existan datos en el municipio para el diseño de un nuevo sistema de
acueducto o la ampliación del sistema de acueducto existente, los cálculos necesarios para
estimar la dotación neta deben realizarse teniendo en cuenta los datos de poblaciones
similares. El consultor debe tener en cuenta los siguientes aspectos para la elección de las
poblaciones similares: temperatura media, hidrología, tamaño de la población,
localización geográfica, nivel socioeconómico, tamaño del sector comercial y tamaño del
sector industrial, entre otros.

41
1.2.2 LECCIÓN 7: CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA DE ACUEDUCTO
Las pérdidas de agua en el sistema de acueducto corresponden a la diferencia entre el
volumen de agua tratada y medida a la salida de las plantas potabilizadoras y el volumen
de agua entregado a la población y que ha sido medido en las acometidas domiciliarias del
municipio.
De acuerdo con sus características, las pérdidas se clasifican en dos grandes grupos:
técnicas y comerciales.
1.2.2.1PÉRDIDAS TÉCNICAS EN EL SISTEMA DE ACUEDUCTO
Incluyen las fugas en tuberías y accesorios y en estructuras, como reboses en tanques de
almacenamiento, plantas de tratamiento, etc. Por lo general estas se subdividen en
visibles y no visibles. Para establecer el porcentaje de pérdidas físicas deben tenerse en
cuenta los datos registrados disponibles en el municipio o en la persona prestadora sobre
pérdidas de agua en el sistema de acueducto desde las plantas potabilizadoras, incluidos
los consumos requeridos para las operaciones en la red de distribución. La resolución
2320/2009, nos indica que el mayor porcentaje de pérdidas técnicas no puede superar el
25% de la dotación neta.
Pérdidas comerciales en la red de distribución
Las pérdidas comerciales son aquellas relacionadas con el funcionamiento comercial y
técnico de la persona prestadora del servicio. Estas pérdidas incluyen las conexiones
fraudulentas, los suscriptores que se encuentren por fuera de las bases de datos de
facturación de la empresa y los caudales dejados de medir por imprecisión o deficiente
operación de los micro medidores domiciliarios.
Para propósitos de diseño de un nuevo sistema de acueducto o la parte nueva de uno
existente, el porcentaje de pérdidas comerciales admisibles en la red de distribución debe
ser como máximo el 7%. En caso de que la demanda de agua se haya calculado con base
en la proyección de suscriptores, dicho porcentaje debe incluirse en el cálculo del caudal
de diseño. En aquellos casos en que la demanda se haya calculado con base en la
proyección de la población o número de habitantes, las pérdidas comerciales no deben
tenerse en cuenta para el cálculo de los caudales de los sistemas de acueducto.

42
1.2.2.2DOTACIÓN BRUTA
Es la cantidad máxima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un
habitante considerando para su cálculo el porcentaje de pérdidas que ocurran en el
sistema de acueducto.
La dotación bruta para el diseño de cada uno de los componentes que conforman un
sistema de acueducto, indistintamente del nivel de complejidad, se debe calcular
conforme a la siguiente ecuación:
p
D
D neta
bruta
%1

Donde:
Dbruta: Dotación bruta
Dneta: Dotación neta
%p: pérdidas técnicas máximas admisibles
El porcentaje de pérdidas técnicas máximas admisibles en la ecuación anterior no deberá
superar el 25%.

43
1.2.3 LECCIÓN 8. CALCULO DE CAUDALES
El caudal, se relaciona a la demanda de agua que requiera la población en un periodo de
diseño determinado. Para esto es necesario determinar el Qmd (Caudal medio diario),
QMD (Caudal máximo diario), y el caudal máximo horario (QMH),
1.2.3.1Caudal medio diario
El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada,
teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos
diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:
86400
* brutaDP
Qmd 
Donde:
Qmd: caudal medio diario
Dbruta: dotación bruta, dada en metros cúbicos/suscriptor mes.
En esta ecuación 30 representa el número de días en el mes.
1.2.3.2Caudal máximo diario
El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24
horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el
coeficiente de consumo máximo diario, k1. El caudal máximo diario se calcula mediante la
siguiente ecuación:
1*KQmdQMD 
Donde:
QMD: caudal máximo diario
Qmd: caudal medio diario
k1: coeficiente de consumo máximo diario

44
El coeficiente de consumo máximo diario, k1, se obtiene de la relación entre el mayor
consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en un período
mínimo de un año.
En caso de sistemas nuevos, el valor del coeficiente de consumo máximo diario, k1, será
1.30.
1.2.3.3Caudal máximo horario
El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una
hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como
el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2,
(véase 3.7.5) según la siguiente ecuación:
2*KQMDQMH 
En el caso de sistemas de acueductos nuevos, el coeficiente de consumo máximo horario
con relación al consumo máximo diario, k2, corresponde a un, valor comprendido entre
1.3 y 1.7 de acuerdo con las características locales.

45
1.2.4 LECCIÓN 9: CAUDAL DE INCENDIOS
Para la definición de los caudales de incendio, el diseño debe tener en cuenta la
distribución predial de la zona a ser abastecida, estableciendo las zonas residenciales, las
zonas residenciales de alta densidad, las zonas comerciales y/o las zonas industriales. Para
cada una de ellas se debe definir el número de hidrantes y su localización además de su
caudal unitario.
1.2.4.1Demanda mínima contra incendios para el nivel de complejidad del sistema bajo
y medio
Para poblaciones correspondientes a los niveles de complejidad del sistema bajo y medio,
el consultor debe justificar si la protección contra incendio se considera necesaria. Sin
embargo, se tendrá en cuenta que la presión requerida para la protección contra
incendios puede obtenerse mediante el sistema de bombas del equipo del cuerpo de
bomberos y no necesariamente de la presión en la red de distribución.
Para poblaciones con niveles de complejidad del sistema medio alto y alto La demanda
mínima contra incendios debe estimarse teniendo en cuenta las siguientes
especificaciones:
1. Para municipios con una población menor a 20.000 habitantes, cualquier incendio,
independiente del uso de la zona en que ocurra debe ser atendido por un hidrante
con un caudal mínimo de 5 L/s.
2. Para municipios con poblaciones entre 20.000 y 60.000 habitantes, los incendios
que ocurran en zonas residenciales densamente pobladas o zonas con edificios
multifamiliares, comerciales e industriales deben ser servidos por tres hidrantes,
bajo uso simultáneo, cada uno de ellos con un caudal mínimo de 5 L/s.
3. Los incendios en las zonas residenciales unifamiliares deben ser servidos por un
solo hidrante con un caudal mínimo de 5 L/s.
4. Para municipios con poblaciones entre 60.000 y 100.000 habitantes, los incendios
que ocurran en zonas residenciales densamente pobladas o zonas con edificios
multifamiliares, comerciales e industriales deben ser servidos por tres hidrantes,
bajo uso simultáneo, cada uno de ellos con un caudal mínimo de 5 L/s. Los
incendios en las zonas residenciales unifamiliares deben ser servidos por dos
hidrantes en uso simultáneo, cada uno con un caudal mínimo de 5 L/s.
5. Para municipios con más de 100.000 habitantes, los incendios que ocurran en
zonas residenciales densamente pobladas o zonas con edificios multifamiliares,
comerciales e industriales deben ser servidos por cuatro hidrantes, bajo uso

46
simultáneo, cada uno de ellos con un caudal mínimo de 10 L/s. Los incendios en las
zonas residenciales unifamiliares deben ser servidos con dos hidrantes en uso
simultáneo, cada uno con un caudal mínimo de 10 L/s.

47
1.2.5 LECCIÓN 10. EJEMPLO DE APLICACIÓN
Estimar las dotaciones y los caudales para el municipio de “San Pedro”, mediante el
método de dotación neta por habitante, teniendo en cuenta el cálculo poblacional
realizado anteriormente, y que la temperatura promedio del municipio es de 22°C, y está
ubicado a 1500 m.s.n.m.
1.2.5.1CALCULO DE LA DOTACIÓN NETA MÁXIMA
Mediante la
Tabla 14, podemos determinar la dotación neta máxima.
Fuente: RAS Titulo B (2010). Tabla B.2.3.
De acuerdo al nivel de complejidad del sistema MEDIO ALTO y su clima templado - frio ya
que esta en alturas superiores a 1000 m.s.n.m, su dotación neta máxima es de 125 L/
hab·día.
El municipio de San Pedro, no posee una gran industria, con lo cual el mayor consumo es
el del uso residencial, con lo cual determinamos un porcentaje del 10%, para los demás
usos como: institucional, comercial e industrial, con lo cual la dotación neta seria de:
Dotación Neta = 125 L/hab*d + 125 L/hab*d * 0.1 = 137.5 L/hab*d
Pérdidas técnicas
El municipio de San Pedro no cuenta con una buena red de Acueducto, la empresa
prestadora del servicio, indica que existen muchas fugas en su conducción, pero no se

48
posee información suficiente para determinar las pérdidas técnicas, por lo tanto teniendo
en cuenta el nivel de complejidad del sistema MEDIO ALTO y de acuerdo al título B.2.7 de
la norma RAS 2010, se toma el valor máximo permitido, que es un 25% de pérdidas en el
sistema de acueducto.
Dotación bruta
De acuerdo a formula (B.2.8) de la norma RAS 2010
𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 =
𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎
1 − %𝑝
𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 =
137.5
1 − 0.25
= 183.3 𝐿 ℎ𝑎𝑏 𝑑𝑖𝑎
Calculo de la demanda de agua
Demanda de agua Proyectada 25 años a partir del 2012
Población año 2037: 49110 habitantes
Caudal medio diario (qmd)
Según la ecuación del RAS 2010 ecuación B.2.12, el caudal medio diario es:
𝑄𝑚𝑑 =
𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎 × 𝑑𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
=
54378 × 183.3
86400
= 115.4 𝐿
𝑠
Caudal máximo diario
El caudal máximo diario se calcula según la ecuación del RAS 2010 ecuación B.2.10. Donde
nos recomiendan que, en caso de sistemas nuevos, el valor del coeficiente de consumo
máximo diario, k1, será 1.30.
CAUDAL MÁXIMO DIARIO (QMD) = Qmd * k1 = 115.4 L/s * 1.3= 150 L/s.

49
Caudal máximo horario
El caudal máximo diario se calcula según la ecuación del RAS 2010 ecuación B.2.11. Donde
nos recomiendan que “en el caso de sistemas de acueductos nuevos, el coeficiente de
consumo máximo horario con relación al consumo máximo diario, k2, corresponde a un
valor comprendido entre 1.3 y 1.7 de acuerdo con las características locales. Tomamos el
valor de k2=1.6
CAUDAL MAXIMO HORARIO (QMH) = QMD * k2 = 150 * 1.6 = 240 L/s.
CAUDAL DE DISEÑO
Según la RAS 2000 en su titulo C numeral C.1.4.1, nos recomienda que el caudal de diseño
de la planta de tratamiento debe ser el CAUDAL MÁXIMO DIARIO, cuando se cuente con
almacenamiento, o en su defecto el caudal máximo horario.
Para nuestro caso de estudio el CAUDAL DE DISEÑO será el CAUDAL MÁXIMO DIARIO
(QMD).
QD = QMD = 150 L/s

50
1.3 CAPÍTULO 3: INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE POTABILIZACIÓN Y PRE
TRATAMIENTO
En este capítulo se introduce al estudiante en el área de los procesos de tratamientos de
potabilización desde la mirada de los procesos unitarios, esta es una nueva clasificación de
los procesos de tratamiento empleada a nivel mundial que nos permite, analizar el
proceso de potabilización desde cada una de las operaciones unitarias que se llevan a
cabo, porque estos procesos pueden ser aplicados en diferentes vectores ya sea en suelo
o aire, sin embargo enfatizaremos en el vector agua, por ser el que nos concierne en el
campo de la potabilización de agua. Además iniciamos con la primera tecnología que se
desarrolla en el proceso de potabilización que se denominan los pretratamientos, la
mayoría de los casos pertenecen al grupo de los procesos unitarios de transferencia de
sólidos. Y finalizamos con un caso de aplicación de un pretratamiento consistente en un
proceso de desbaste o cribado (rejilla).
1.3.1 LECCIÓN 11. PROCESOS UNITARIOS PARA POTABILIZACIÓN DE AGUA:
Las diversas actividades agrícolas, ganaderas, industriales y recreacionales del ser humano
han traído como consecuencia la contaminación de las aguas superficiales con sustancias
químicas y microbiológicas, además del deterioro de sus características estéticas. Para
hacer frente a este problema, es necesario someter al agua a una serie de operaciones o
procesos unitarios, a fin de purificarla o potabilizarla para que pueda ser consumida por
los seres humanos.
Un proceso unitario son aquellas transformaciones en las que existe la presencia de una
reacción química de por medio y que involucran una o varias operaciones unitarias. Una
operación unitaria es un proceso químico, físico o biológico mediante el cual las
sustancias objetables que contiene el agua son removidas o transformadas en sustancias
inocuas. La mayor parte de los procesos originan cambios en la concentración o en el
estado de una sustancia, la cual es desplazada o incorporada en la masa de agua. Este
fenómeno recibe el nombre de transferencia de fase. Son ejemplos de ello la introducción
de oxígeno al agua (transferencia de la fase gaseosa a la líquida) y la liberación de
anhídrido carbónico contenido en el agua (transferencia de la fase líquida a la gaseosa)
mediante el proceso de aireación.
Los principales Procesos Unitarios empleadas en el tratamiento del agua para consumo
humano son los siguientes:
— transferencia de sólidos;

51
— transferencia de iones;
— transferencia de gases, y
— transferencia molecular o de nutrientes.
1.3.1.1Transferencia de sólidos
Se consideran en esta clasificación los procesos de cribado, sedimentación, flotación y
filtración.
Cribado o cernido
Consiste en hacer pasar el agua a través de rejas o tamices, los cuales retienen los sólidos
de tamaño mayor a la separación de las barras, como ramas, palos y toda clase de
residuos sólidos. También está considerado en esta clasificación el microcernido, que
consiste básicamente en triturar las algas reduciendo su tamaño para que puedan ser
removidas mediante sedimentación. En la Fig. 6, se observa las rejillas de una planta de
tratamiento de la costa Colombiana, estas rejillas son el primer paso en el tratamiento, el
agua a tratar proviene de la desembocadura del rio Magdalena, tienen una amplia
separación de barras, que permite retener únicamente los sólidos muy gruesos, y su
limpieza es manual.
Fig. 6. Rejillas Planta de Tratamiento Triple A. Barranquilla. Primera etapa
Fuente. Elaboración propia.

52
La Fig. 7, presenta el segundo paso en el proceso de potabilización, estas rejillas tienen
una menor separación de barra, y además su limpieza es mecánica.
Fig. 7. Rejillas mecánicas. Segunda etapa
Fuente: Elaboración propia
Sedimentación
Consiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover, mediante la fuerza
gravitacional, las partículas en suspensión más densas. Este proceso se realiza en los
desarenadores, presedimentadores, sedimentadores y decantadores; en estos últimos,
con el auxilio de la coagulación. La Fig. 8, presenta la imagen de un desarenador
convencional empleado en acueductos.

53
Fig. 8. Desarenador convencional
La Fig. 9, nos presenta la imagen de un sedimentador de alta taza de placas inclinadas,
empleado en procesos de potabilización de agua.
Fig. 9. Sedimentador de Alta taza
Fuente: Elaboración propia.
Flotación
El objetivo de este proceso es promover condiciones de reposo, para que los sólidos cuya
densidad es menor que la del agua asciendan a la superficie de la unidad de donde son
retirados por desnatado. Para mejorar la eficiencia del proceso, se emplean agentes de
flotación. Mediante este proceso se remueven especialmente grasas, aceites, turbiedad y
color. Los agentes de flotación empleados son sustancias espumantes y microburbujas de
aire, uno de los procesos para tratamiento de aguas más empleado en nuestro medio, es

54
el de la trampa de grasas, la Fig. 10, nos presenta un esquema de los componentes de una
trampa de grasas.
Fig. 10. Esquema de una trampa de grasas.
Filtración
Consiste en hacer pasar el agua a través de un medio poroso, normalmente de arena, en
el cual actúan una serie de mecanismos de remoción cuya eficiencia depende de las
características de la suspensión (agua más partículas) y del medio poroso.
Este proceso se utiliza como único tratamiento cuando las aguas son muy claras o como
proceso final de pulimento en el caso de aguas turbias. Los medios porosos utilizados
además de la arena —que es el más común — son la antracita, el granate, la magnetita, el
carbón activado, la cáscara de arroz, la cáscara de coco quemada y molida y también el
pelo de coco en el caso de los filtros rápidos. En los filtros lentos lo más efectivo es usar
exclusivamente arena; no es recomendable el uso de materiales putrescibles.
La Fig. 11, nos presenta la imagen de uno de los filtros de la planta de potabilización de
Barranquilla, vacío debido a la condición de lavado del filtro, se puede observar muy bien
cada una de sus partes, como tubería de entrada (inferior), medio de soporte (arena),
canaleta de lavado (centro).

55
Fig. 11. Filtro de Arena, vaciado
Fig. 12. Sistema de Filtración convencional. Modo Filtración.
Fuente: Elaboración propia.
Se recomienda ver el siguiente enlace, donde explica el proceso de tratamiento de la
planta de Puerto Mallarino de Cali

56
1.3.2 LECCIÓN 12. TRANSFERENCIA DE IONES
La coagulación química consiste en adicionar al agua una sustancia que tiene propiedades
coagulantes, la cual transfiere sus iones a la sustancia que se desea remover, lo que
neutraliza la carga eléctrica de los coloides para favorecer la formación de flóculos de
mayor tamaño y peso.
Los coagulantes más efectivos son las sales trivalentes de aluminio y hierro. Las
condiciones de pH y alcalinidad del agua influyen en la eficiencia de la coagulación. Este
proceso se utiliza principalmente para remover la turbiedad y el color.
1.3.2.1Precipitación química
La precipitación química consiste en adicionar al agua una sustancia química soluble cuyos
iones reaccionan con los de la sustancia que se desea remover, formando un precipitado.
Tal es el caso de la remoción de hierro y de dureza carbonatada (ablandamiento),
mediante la adición de cal. La Fig. 13, nos indica el sistema de dosificación de coagulante
empleado en la triple A de Barranquilla, compuesto por bombas y tanque de mezcla.
Fig. 13. Sistema de dosificación coagulante Triple A. Barranquilla
Fuente: Elaboración propia. (Triple A Barranquilla)
La Fig. 14, nos presenta el sistema de aplicación del coagulante de la Triple A de
Barranquilla. La aplicación se realiza generalmente mediante dispositivos hidráulicos,

57
como son las canaletas parshall o los resaltos hidráulicos, en la figura Fig. 14, el dispositivo
de mezcla es un resalto hidráulico.
Fig. 14. Sistema de aplicación coagulante. Resalto hidráulico
Fuente: Elaboración propia. (Triple A Barranquilla)
1.3.2.2Intercambio iónico
Como su nombre lo indica, este proceso consiste en un intercambio de iones entre la
sustancia que desea remover y un medio sólido a través del cual se hace pasar el flujo de
agua. Este es el caso del ablandamiento del agua mediante resinas, en el cual se realiza un
intercambio de iones de cal y magnesio por iones de sodio, al pasar el agua a través de un
medio poroso constituido por zeolitas de sodio. Cuando la resina se satura de iones de
calcio y magnesio, se regenera introduciéndola en un recipiente con una solución saturada
de sal.
1.3.2.3Adsorción
La adsorción consiste en la remoción de iones y moléculas presentes en la solución,
concentrándolos en la superficie de un medio adsorbente, mediante la acción de las
fuerzas de interfaz. Este proceso se aplica en la remoción de olores y sabores, mediante la
aplicación de carbón activado en polvo.
Adición
coagulante

58
1.3.3 LECCIÓN 13: TRANSFERENCIA DE GASES Y MOLECULAR
Consiste en cambiar la concentración de un gas que se encuentra incorporado en el agua
mediante procesos de aireación, desinfección y recarbonatación.
Aireación
La aireación se efectúa mediante caídas de agua en escaleras, cascadas, chorros y también
aplicando el gas a la masa de agua mediante aspersión o burbujeo.
Se usa en la remoción de hierro y manganeso, así como también de anhídrido carbónico,
ácido sulfhídrico y sustancias volátiles, para controlar la corrosión y olores. La Fig. 15,
presenta un sistema de aireación en cascada mediante bandejas.
Fig. 15. Sistema de Aireación en cascada
Desinfección
Consiste en la aplicación principalmente de gas cloro y ozono al agua tratada, para la
eliminación de microorganismos patógenos.
Recarbonatación
Consiste en la aplicación de anhídrido carbónico para bajar el pH del agua, normalmente
después del ablandamiento.

59
TRANSFERENCIA MOLECULAR
Proceso en el cual organismos saprofitos convierten sustancias orgánicas complejas en
materia celular viviente y en materia más simple ó más estable incluyendo los gases de
descomposición y los organismos fotosintéticos convierten a las sustancias simples
principalmente inorgánicas, en material celular, utilizando la luz solar, produciendo como
sub-producto el oxigeno y el bióxido de carbono. Estos procesos son empleados
usualmente en el tratamiento de aguas residuales y no para potabilización, debido a que
requieren una considerable cantidad de nutrientes en el agua a tratar.
Son ejemplos:
a) La destrucción o biodegradación aeróbica.
b) La destrucción o biodegradación anaeróbica.
c) La producción de algas y vegetación acuática mayor, en presencia de nutrientes
simples, de plantas y luz solar.
OTROS PROCESOS UTILIZADOS
Además de los procesos de transferencia expuestos, también se utilizan en el tratamiento
del agua para consumo humano la estabilización de solutos, la desalinización y la
fluorización.
Estabilización de solutos
La estabilización de solutos consiste en transformar un soluto objetable en una forma
inocua, sin llegar a su remoción. Son ejemplos de este proceso la transformación del
anhídrido carbónico contenido en el agua en bicarbonato soluble mediante la adición de
cal o el pasar el agua a través de lechos de mármol. También se puede citar la
transformación de ácido sulfhídrico en sulfato.
Desalinización
Proceso mediante el cual se remueve el exceso de cloruros en el agua, transformando las
aguas salobres en dulces. Este proceso se puede realizar mediante destilación, ósmosis
inversa, etcétera.
Fluorización
Adición de fluoruros al agua para evitar las caries dentales, principalmente en los niños
menores de 5 años.

60
1.3.4 LECCIÓN 14. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN
Tal como se observó anteriormente existen sistemas convencionales para el tratamiento
de agua, no obstante hay múltiples a alternativas de tratamiento para lograr la
potabilización de agua, la Fig. 16, nos presenta una serie de configuraciones que se
pueden emplear para el tratamiento de agua, la selección de que tecnología se aplicará
dependerá de diversos factores.
Fig. 16 Configuraciones típicas de Sistemas de purificación de agua
Fuente: (de Vargas & Barrenechea Martel, 2004)
Algunos criterios de preselección de la tecnología apropiada pueden ser:
 Localización:
o Contexto del proyecto (periodo de diseño, urgencia)
o Características de la comunidad (Accesibilidad, inundación, estabilidad)

61
o Características del suelo
o Calidad del agua
 Perfil de la comunidad
o Demografía
o Requerimientos de la comunidad
 Control de contaminación
o Calidad del efluente
 Implementación
o Facilidad
o Construcción
 Sostenibilidad
o Facilidad
o Necesidad de la comunidad
o Operación y mantenimiento
Existen modelos de selección de tecnología muy empleados en nuestro medio, uno
recomendable es el elaborado por el CINARA de la Universidad del Valle llamado SELTEC.
1.3.4.1 Tipos de plantas de tratamiento de agua
Una planta de tratamiento es una secuencia de operaciones o procesos unitarios,
convenientemente seleccionados con el fin de remover totalmente los contaminantes
microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los físicos y químicos, hasta
llevarlos a los límites aceptables estipulados por las normas.
Las plantas de tratamiento de agua se pueden clasificar, de acuerdo con el tipo de
procesos que las conforman, en plantas de filtración rápida y plantas de filtración lenta.
También se pueden clasificar, de acuerdo con la tecnología usada en el proyecto, en
plantas convencionales antiguas, plantas convencionales de tecnología apropiada y
plantas de tecnología importada o de patente.
Plantas de filtración rápida
Estas plantas se denominan así porque los filtros que las integran operan con
velocidades altas, entre 80 y 300 m3
/m2
*d, de acuerdo con las características del
agua, del medio filtrante y de los recursos disponibles para operar y mantener
estas instalaciones.

62
Como consecuencia de las altas velocidades con las que operan estos filtros, se
colmatan en un lapso de 40 a 50 horas en promedio. En esta situación, se aplica el
retrolavado o lavado ascensional de la unidad durante un lapso de 5 a 15 minutos
(dependiendo del tipo de sistema de lavado) para descolmatar el medio filtrante,
devolviéndole su porosidad inicial y reanudar la operación de la unidad.
De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se presentan dos soluciones dentro
de este tipo de plantas: plantas de filtración rápida completa y plantas de filtración
directa.
• Planta de filtración rápida completa
Una planta de filtración rápida completa normalmente está integrada por los
procesos de coagulación, decantación, filtración y desinfección. El proceso de
coagulación se realiza en dos etapas: una fuerte agitación del agua para obtener
una dispersión instantánea de la sustancia coagulante en toda la masa de agua
(mezcla rápida) seguida de una agitación lenta para promover la rápida
aglomeración y crecimiento del floculo (etapa de floculación).
La coagulación tiene la finalidad de mejorar la eficiencia de remoción de partículas
coloidales en el proceso de decantación (sedimentación de partículas floculentas).
El proceso final de filtración desempeña una labor de acabado, le da el pulimento
final al agua. De acuerdo con las investigaciones realizadas por la Agencia de
Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos, el filtro debe producir un
efluente con una turbiedad menor o igual a 0,10 UNT para garantizar que esté libre
de huevos de parásitos (Giardia, Cryptosporidium, etcétera). Para lograr esta
eficiencia en la filtración, es necesario que los decantadores produzcan un agua
con 2 UNT como máximo.
Finalmente, se lleva a cabo la desinfección, proceso común a los dos tipos de
plantas, las de filtración rápida completa y las de filtración directa. La función
principal de este proceso es completar la remoción de microorganismos patógenos
que no quedaron retenidos en el filtro y servir de protección contra la
contaminación que el agua pueda encontrar en el sistema de distribución.
La desinfección, en la forma en que normalmente se aplica (esto es, con residual
libre de 1 mg/L a la salida de la planta y tiempo de contacto mínimo de 30
minutos), solo tiene la capacidad de remover bacterias. Como se verá
detalladamente en el capítulo sobre desinfección, para remover huevos de
parásitos se necesitarían aplicar dosis altísimas y disponer de tiempos de contacto
muy largos, que hacen impracticable el proceso. Como los huevos de parásitos son
grandes, un filtro que opere eficientemente y reciba agua con no más de 2 UNT
puede producir un efluente exento de huevos de parásitos. Las altas tasas con las

63
que operan estos sistemas, así como el empleo de la coagulación (proceso cuya
operación requiere sumo cuidado), demandan recursos humanos capacitados, por
lo que debe estudiarse con detenimiento la posibilidad de utilizarlos fuera de la
zona urbana, en zonas marginales, rurales o, en general, en zonas
económicamente muy deprimidas.
En los casos en que las características del agua cruda o el terreno disponible para
construir la planta obliguen a adoptar este tipo de sistema, se deberán desarrollar
las condiciones locales necesarias para asegurar una buena eficiencia en calidad y
cantidad.
En la Tabla 15, se indican los rangos de calidad del agua en los que puede
considerarse esta alternativa de tratamiento.
Tabla 15. Limites de calidad para el tratamiento de agua mediante filtración rápida
completa.
Fuente: (Canepa de Vargas, 2004)
Filtración directa
Es una alternativa a la filtración rápida, constituida por los procesos de mezcla
rápida y filtración, apropiada solo para aguas claras. Son ideales para este tipo de
solución las aguas provenientes de embalses o represas, que operan como grandes
presedimentadores y proporcionan aguas constantemente claras y poco
contaminadas.
Cuando la fuente de abastecimiento es confiable —caso de una cuenca virgen o
bien protegida—, en la que la turbiedad del agua no supera de 10 a 20 UNT el 80%
del tiempo, y no supera 30 UNT ni 25 UC el 90% del tiempo, puede considerarse la
alternativa de emplear filtración directa descendente.

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