Diseño y construcción de un sistema de tratamiento y Reutilización de aguas grises para el hotel sofitel Bogotá Victoria Regia

DISEÑO Y CONSTRUCCIÒN DE UN SISTEMA DE REUTILIZACIÓN DE
AGUAS GRISES PARA EL HOTEL SOFITEL BOGOTÁ VICTORIA REGIA.
PEDRO JOSÉ CORTÉS VELANDIA
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2011

DISEÑO Y CONSTRUCCIÒN DE UN SISTEMA DE REUTILIZACIÓN DE
AGUAS GRISES PARA EL HOTEL SOFITEL BOGOTÁ VICTORIA REGIA
PEDRO JOSÉ CORTÉS VELANDIA
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero mecánico.
DIRECTOR DEL PROYECTO
INGENIERO CARLOS MENDOZA
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2011

Nota de aceptación
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
Presidente del Jurado
_________________________________
Jurado
_________________________________
Jurado
Bogotá DC, 2.011

AGRADECIMIENTOS
Mis más sinceros agradecimientos por el apoyo y respaldo recibido para la
elaboración y ejecución de este proyecto a:
Los docentes de la fundación Universitaria los libertadores, con los cuales tuve el
privilegio de ser su alumno, los cuales posibilitaron el que hubiera podido concluir
con éxito el plan de estudios y que pudiera aplicara parte de la basta enseñanza
recibida en este trabajo, y en especial al Ingeniero Carlos Mendoza, director de
este proyecto de grado, quien siempre estuvo presto a dar la asesoría y
acompañamiento necesario.
Al Sr. Gerente General del Hotel Sofitel Bogotá Victoria Regia, Sr. Mario Leite de
Oliveira Jr. Por su aprobación y apoyo a la implementación de este proyecto en
las instalaciones del hotel.
Al personal del departamento de mantenimiento del hotel Sofitel Bogotá Victoria
Regia, los cuales dieron todo su esfuerzo y trabajo de calidad para la construcción
del sistema de tratamiento y reutilización de aguas grises del hotel.
A todos los miembros de mi familia por su apoyo y comprensión por el tiempo que
estuvieron dispuestos a ceder para que pudiera dedicarlo al desarrollo este
proyecto.

CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 13
1. OBJETIVOS............................................................................................................................ 16
1.1 OBJETIVO PRINCIPAL............................................................................................ 16
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................... 16
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................... 17
3. ALCANCE ............................................................................................................................... 18
4. RESUMEN............................................................................................................................... 19
5. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 20
5.1 MARCO LEGAL ......................................................................................................... 22
5.2 CLASIFICACIÓN DEL AGUA.................................................................................. 24
5.2.1 Aguas negras. ........................................................................................................... 24
5.2.2 Aguas residuales...................................................................................................... 24
5.2.3 Aguas residuales urbanas..................................................................................... 24
5.2.4 Aguas grises.............................................................................................................. 24
5.2.5 Aguas residuales Industriales. ............................................................................. 25
5.3 MÉTODOS ANALÍTICOS PARA EL CONTROL DEL AGUA............................ 25
5.3.1 Color, olor y sabor. .................................................................................................. 25
5.3.2 Turbidez...................................................................................................................... 25
5.3.3 Materia Sólida............................................................................................................ 26
5.3.4 Acidez y alcalinidad................................................................................................. 26
5.3.5 Dureza. ........................................................................................................................ 26
5.4 TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES ................................................................... 26
5.4.1 Pre tratamiento.......................................................................................................... 27
5.4.2 Desbaste..................................................................................................................... 27
5.4.3 Tamizado. ................................................................................................................... 27
5.4.4 Desarenado................................................................................................................ 27

5.4.5 Desaceitado, desengrasado y aireación............................................................ 28
5.4.6 filtración multilecho o multicapas ...................................................................... 28
5.4.7 Filtración gruesa dinámica. ................................................................................... 29
5.4.8 Filtración lenta de arena......................................................................................... 29
5.4.9 Gravas. ........................................................................................................................ 30
5.4.10 Propiedades............................................................................................................... 31
5.4.11 Antracita.. ................................................................................................................... 31
5.5 TRATAMIENTO PRIMARIO..................................................................................... 31
5.5.1 Sedimentación o decantación. ............................................................................. 32
5.5.2 Coagulación y floculación. .................................................................................... 32
5.5.3 Tanques Inhoff.......................................................................................................... 32
5.5.4 Procesos anaeróbicos.......................................................................................... 33
5.6 TRATAMIENTO SECUNDARIO O BILÓGICO..................................................... 33
5.6.1 Lagunas aireadas..................................................................................................... 34
5.6.2 Proceso de lodos activos....................................................................................... 34
5.7 TRATAMIENTO TERCIARIO................................................................................... 35
5.7.1 Tecnología de membrana....................................................................................... 35
5.7.2 Microfiltración. .......................................................................................................... 35
5.7.3 Ultrafiltración............................................................................................................. 35
5.7.4 Nanofiltración............................................................................................................ 35
5.7.5 Ósmosis Inversa....................................................................................................... 35
5.7.6 Electrólisis inversa. ................................................................................................. 36
5.7.7 Electrodesionización............................................................................................... 36
5.7.8 Desinfección.............................................................................................................. 36
5.7.9 Disposición de lodos o fangos............................................................................. 37
5.7.10 Tecnologías de filtración tratamiento de aguas residuales......................... 37
5.8 CRITERIOS DE DEFINICIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES... 37
5.9 EXPERIENCIAS CON TRATMIENTOS SIMILARESIDUALES......................... 37
5.10 CONCÉPTOS DE HIDRAÚLICA............................................................................ 38
5.10.1 Densidad, peso específico y gravedad específica.......................................... 38
5.10.2 Viscosidad dinámica y cinemática. ................................................................... 38
5.10.3 Fluidos newtonianos y no newtonianos. ........................................................... 39

5.10.4 Presión........................................................................................................................ 39
5.10.5 Cabeza piezométrica............................................................................................... 39
5.10.6 Rapidez de flujo de volumen................................................................................. 39
5.10.7 Ecuación de continuidad........................................................................................ 40
5.10.8 Velocidades de flujo recomendadas................................................................... 40
5.10.9 Conservación de la energía y principio de Bernoulli. ................................... 41
5.10.10 Restricciones de la ecuación de Bernoulli........................................................ 42
5.10.11 Teorema de Torricelli y tiempo de vaciado de un tanque........................... 43
5.10.12 Ecuación general de la energía. ........................................................................... 43
5.10.12.1 Dispositivos mecánicos. ................................................................................ 43
5.10.12.2 Fricción del fluido.. .......................................................................................... 43
5.10.12.3 Válvulas y conectores..................................................................................... 44
5.10.13 Nomenclatura de pérdidas y adiciones de energía......................................... 44
5.10.14 Potencia requerida por la bomba......................................................................... 44
5.10.15 Eficiencia mecánica de una bomba..................................................................... 45
5.10.16 Numero de Reynolds, flujo laminar y flujo turbulento................................... 45
5.10.17 Perdidas de energía debido a la fricción. .......................................................... 45
5.10.18 Perdidas de fricción en flujo turbulento. .......................................................... 46
5.10.18.1 Diagrama de Moody......................................................................................... 47
5.10.18.2 Ecuación explícita del factor de fricción.................................................... 47
5.10.19 Perdidas menores................................................................................................... 47
5.10.19.1 Coeficiente de resistencia.............................................................................. 47
5.10.19.2 Contracción súbita........................................................................................... 49
5.10.19.3 Coeficientes de resistencia para válvulas, codos y tees....................... 49
5.10.19.4 Perdidas en válvulas ....................................................................................... 49
5.10.20 Sistemas de tubería simples, serie, paralelo y con ramas............................ 50
5.10.20.1 Tuberías en paralelo........................................................................................ 50
5.10.21 Análisis de redes balance de cantidad............................................................... 52
5.10.22 Tipos de bomba........................................................................................................ 52
5.10.23 Selección y aplicación de bombas...................................................................... 52
5.10.23.1 Bombas cinéticas.. ........................................................................................ 53
5.10.23.2 Bombas centrífugas..................................................................................... 53

5.10.24 Gráficos y curvas de funcionamiento de bombas........................................... 53
5.10.25 Reglas de afinidad en bombas centrífugas....................................................... 54
5.10.26 Punto de operación y selección de una bomba............................................... 54
5.10.27 Cabeza de succión positiva NPSH.. .................................................................... 55
5.10.28 Detalles de las líneas de succión......................................................................... 56
5.10.29 Detalles de las líneas de descarga ..................................................................... 57
5.10.30 Criterio económico bombas y tuberías.............................................................. 57
6. INGENIERÍA DEL PROYECTO........................................................................................... 58
6.1 SELECCIÓN SISTEMA DE TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES HOTEL....... 60
6.2 UBICACIÓN COMPONENTES DEL SISTEMA............................................................ 62
6.3 ANÁLISIS HIDRAÚLICO......................................................................................... 62
6.3.1 parámetros de diseño. ............................................................................................ 62
6.3.1.1 Temperatura, densidad y parámetros iniciales................................................ 62
6.3.2 Selección de tanques de almacenamiento........................................................ 68
6.3.3 Selección y potencia requerida de la bomba................................................... 69
6.3.4 Selección de tuberías............................................................................................. 71
6.3.4.1 Tubería de succión. ................................................................................................. 71
6.3.4.2 Tubería suministro de la bomba al tanque....................................................... 75
6.3.4.3 Tubería suministro del tanque a los puntos de distribución. ..................... 78
6.3.4.4 ANÁLISIS DE TRAMOS ........................................................................................... 81
6.3.5 Salida del tanque...................................................................................................... 86
6.4 DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRICOS DE CONTROL Y FUERZA............... 86
6.5 CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DEL SISTEMA.................................................. 89
6.5.1 Ampliación de la cuneta recolectora. ................................................................ 89
6.5.2 instalación y montaje de tuberías....................................................................... 91
6.5.3 Montaje de la bomba. .............................................................................................. 91
6.5.4 Montaje de tanques de Almacenamiento y filtrado de agua......................... 91
6.5.5 Montaje de la bomba dosificadora. ..................................................................... 91
6.5.6 Montaje eléctrico. ..................................................................................................... 91
6.5.7 Instalación instrumentación y elementos de control. .................................... 92
6.5.8 Pintura y señalización de tuberías.. .................................................................... 92
7. MANUAL DE OPERACIÓN...................................................................................... 94

8. MANUAL DE MANTENIMIENTO........................................................................... 96
8.1.1 Retro lavado............................................................................................................... 96
8.1.2 Medición de cloro y PH........................................................................................... 96
8.1.3 Lavado de bordes de cuneta................................................................................. 97
8.1.4 Limpieza de la válvula de pie............................................................................... 97
8.1.5 Lavado de la gravilla cuneta.................................................................................. 97
8.1.6 Verificación de niveles en tanques de almacenamiento de químicos....... 97
8.1.7 Lavado de tanque N1............................................................................................... 97
8.1.8 Lavado de tanque N3............................................................................................... 97
8.1.9 Análisis microbiológicos de agua residual tratada......................................... 98
8.1.10 Mantenimiento de la bomba centrífuga............................................................. 98
8.1.11 Mantenimiento del sistema eléctrico.................................................................. 98
8.1.12 Flotadores eléctricos............................................................................................... 98
8.1.13 Bomba dosificadora de hidroxicloruro de sodio............................................. 98
9. MANUAL DE SEGURIDAD.................................................................................... 100
9.1.1 Introducción............................................................................................................. 100
9.1.2 Cortes en el fluido de energía eléctrica............................................................ 100
9.1.3 Falla en el proceso de desinfección.................................................................. 100
9.1.4 Monitoreo.. ............................................................................................................... 100
9.1.5 Emisión de Olores.................................................................................................. 101
9.1.6 Saturación de la Capacidad de Tratamiento................................................... 101
9.1.7 Fuga o derrame de hipoclorito de sodio u hidroxicloruro de aluminio... 101
10. REGISTRO FOTOGRÁFICO ................................................................................. 102
11. ANÁLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO........................................................ 110
11.1 FLUJO DE CAJA DEL PROYECTO..................................................................... 111
11.2 RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN ................................................................ 111
11.3 AHORRO GENERADO........................................................................................... 112
12. CONCLUSIONES..................................................................................................... 114
13. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 116
GLOSARIO ............................................................................................................................... 117
BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................ 121
ANEXO . .................................................................................................................................... 125

LISTA DE CUADROS
Pág.
Cuadro 1. Marco legal del agua en Colombia………………………………………..23
Cuadro 2. Resistencia de válvulas accesorios y longitud equivalente…………...50
Cuadro 3. Cálculo de Consumos en puntos potenciales de uso aguas grises...59
Cuadro 4. Criterios para selección de tratamiento de aguas residuales…………60
Cuadro 5. Medición temperatura aguas grises lavadoras………………………….65
Cuadro 6. Medición densidad deducida aguas grises lavadoras………………….66
Cuadro 7. Medición densidad aguas grises según laboratorio…………………….66
Cuadro 8. Comparativo densidad deducida/laboratorio………………………….....66
Cuadro 9. Parámetros iniciales………………………………………………………..67
Cuadro 10. Características del sistema de bombeo………………………………...70
Cuadro 11. Diámetros internos tubería PVC medidos………………………………71
Cuadro 12. Parámetros diseño línea de succión…………………………………….71
Cuadro 13. Resumen cálculos en línea de succión………………………………..74
Cuadro 14. Parámetros de diseño en línea de bombeo…………………………….75
Cuadro 15. Resumen cálculos en línea de bombeo………………………………..77
Cuadro 16. Resumen de cálculos en la línea de distribución……………………..85
Cuadro 17. Selección de conductores eléctricos…………………………………....93
Cuadro 18. Cronograma de actividades de mantenimiento………………………..99
Cuadro 19. Análisis de ahorro generado……………………………...……..……..113

LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Rugosidad de tuberías comercialmente disponibles………………………46
Tabla 2. Coeficientes de resistencia contracción súbita…………………………….49
Tabla 3. Velocidades recomendadas en la línea de succión………………………56
Tabla 4. Velocidades recomendadas en la línea de descarga…….……………….57
Tabla 5. Presión atmosférica vs altitud………………………………………………..67

LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Distribución del agua en el planeta………………………………………...20
Figura 2. Desarrollo sistemas tratamiento aguas residuales a nivel Mundial….22
Figura 3. Alternativas para el reciclaje de aguas grises……..…………………...…27
Figura 4. Filtro multietapa………………………………………………………………28
Figura 5. Proceso de filtración multietapa……………………………………………29
Figura 6. Principio de Bernoulli………………………………………………………..41
Figura 7. Cabezas de presión, elevación, velocidad y cabeza total……………….42
Figura 8. Diagrama de Moody………………………………………………………....48
Figura 9. Redes hidráulicas abiertas………………………………………………….51
Figura 10. Redes hidráulicas cerradas………………………………………………..51
Figura 11. Clasificación de las bombas hidráulicas………………………………..52
Figura 12. Presión de vapor de agua contra temperatura………………………...56
Figura 13. Diagrama de proceso tratamiento de aguas residuales HSBVR……..61
Figura 14. Ubicación componentes del sistema……………………………...……..63
Figura 15. Alturas geométricas de los componentes del sistema de…………….64
Figura 16. Curvas de la bomba c-210………………………………………………...70
Figura 17. Plano isométrico de la red de distribución aguas residuales tratadas.79
Figura 18. Diagrama de distribución aguas residuales tratadas…………………..80
Figura 19. Diagrama multifilar de fuerza..…………………………………………….87
Figura 20. Diagrama unifilar de control eléctrico…………..….…………………….88
Figura 21. Cronograma construcción y montaje del sistema…………………..….89
Figura 22. Cuenta recolectora…………………………………………………………89
Figura 23. Diagrama de detalles cuneta recolectora………..………………………90
Figura 24. Diagrama de instrumentación sistema Aguas grises…………………94
Figura 25. Registro fotográfico……………………………………………………….101
Figura 26. Flujo de caja del proyecto………………………………………………..110
Cuad3.
Cá

LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Planilla control de Consumo lavadoras…………………………………125
Anexo B. Consumo agua potable vs agua consumo lavadoras y porcentaje de
ocupación de huéspedes en el mes de julio de 2.011…………………………….126
Anexo C. Medición de volumen y tiempos de llenado…………………………….128
Anexo D. Planilla registro consumo de sanitarios………………………………….131
Anexo E. Propiedades del agua……………………………………………………...132
Anexo F. Coeficiente de resistencia K, longitud equivalente L/D y coeficiente de
Flujo……………………………………………………………………………………...133
Anexo G. Análisis de Aguas grises de lavadoras………………………………….134
Anexo H. Fotografía del termómetro de punzón usado en la medición de la
temperatura de aguas grises de lavadoras………………………………………….135
Anexo J. Certificado de calibración del termómetro de punzón usado en la
Medición de la temperatura de aguas grises de lavadoras…………………….…136
Anexo K. Foto de balanza usada en la medición de masa de aguas grises…....137
Anexo L. Certificado de calibración de balanza usada en la medición de la
densidad de aguas grises de lavadoras…………………………………………….138
Anexo M. Análisis de agua microbiológicos de aguas grises de lavadoras sin
Tratar…………………...………………………………………………………………..142
Anexo N. Análisis de fisicoquímico de agua y de densidad de agua potable…..143
Anexo Ñ. Análisis microbiológicos de aguas grises tratadas…………………….144
Anexo P. Análisis fisicoquímico de agua y de densidad de aguas grises de las
lavadoras sin tratar / tratada…………………………………….…………………...145
Anexo Q. Ficha técnica de tanques de almacenamiento de agua…………….…146
Anexo R. Ficha técnica bomba BARNES EC-210…………………………………148
Anexo S. Cotización AGUASOR…………………………………………………….149
Anexo T. Ficha técnica bomba dosificadora BLUE WHITE ………………………151
Anexo U. Ficha técnica tubería PVC, PAVCO……………………………………...158
Anexo V. Planilla control PH y cloro aguas grises lavadoras……………………..160
Anexo W. Aditivos químicos par medición PH y cloro……………………………..161
Anexo X. Ficha técnica del hidroxicloruro de aluminio………………………….…162
Anexo Y. Ficha técnica del hipoclorito de sodio……………………………………165
Anexo Z. Ficha técnica flotador eléctrico……………………………………………168

13
INTRODUCCIÓN
La construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales es una necesidad
a nivel mundial, Con respecto a Colombia el ministerio de agua y Saneamiento
básico señaló en el 2.002 que solo el 8% de las aguas de alcantarillado
municipales estaban siendo tratadas en el país. A este respecto el diario el
espectador registró lo siguiente: “De acuerdo con expertos, como Jairo Alberto
Romero Rojas, especialista en aguas subterráneas de la Universidad Hebrea de
Jerusalén y actual profesor en la Escuela Colombiana de Ingeniería, en el país se
requiere construir unas 900 plantas para tratar las aguas de los alcantarillados” .1
En Colombia, según reportes del DANE 2 en el año 2.007 se construyeron 28
plantas de tratamiento de aguas residuales, y el IDEAM pronosticó en el año
1.998 que para el 2.016 aproximadamente el 70% de la población urbana en
Colombia estaría afectada por el déficit de suministro de agua potable .2
A nivel de la industria Hotelera existen varias iniciativas para la implementación
de sistemas de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo en España se creó la
iniciativa “carmac” cofinanciada por el programa europeo de cooperación
transnacional PCT-MAC y a implementar inicialmente en las islas canarias. A su
vez grandes cadenas hoteleras han incursionado en este campo como la cadena
JW Marriot y Ritz Carlton con Hoteles en Pekín y la Cadena ACCOR, con el
Hotel Sofitel en la ciudad de los Ángeles, la cuál cuenta con una planta de
tratamiento de aguas residuales para los sistemas de riego de plantas, suministro
de aguas para los sanitarios y lavado de áreas comunes del Hotel.
En Colombia, la cadena ACCOR, con el hotel IBIS también cuenta con una planta
de tratamiento de aguas residuales. Adicionalmente algunas Hoteles en
construcción están implementando la construcción de este tipo de plantas como
es el caso del “Bio-Hotel”, en donde se tratarán las aguas grises .3
_____________________
1 El espectador.com, http://www.elespectador.com. 25 sep. 2.008 , consultado: 6 marzo 2.010.
2 DANE:.
http://www.dane.gov.co/files/investigaciones/pib/ambientales/Cepal/PlantasAguasResiduales.pdf3,consulta:
05/02/2.010
3 portafolio.com. http://www.portafolio.co/economia/bio-hotel-es-la-primera-cadena-hotelera-ecologica-el-
pais,consulta:7/02/ 2.010.

14
Teniendo en cuenta lo anterior, y con el ánimo de contribuir con este compromiso
ambiental, se dio inicio al planteamiento de un proyecto de este tipo que cumpliera
con estas expectativas y que a la vez fuera viable técnica y financieramente.
Dicho proyecto se implementa en el Hotel Sofitel Bogotá Victoria Regia,
(HSBVR) el cual se encuentra ubicado en la ciudad de Bogotá, carrera 13 N 85-
80 el cual cuenta con 102 habitaciones distribuidas en siete pisos. En el primer
piso está ubicado el lobby, tres salones de eventos, bar y restaurante entre otros.
En los dos sótanos están ubicados los cuartos técnicos, lavandería y
parqueaderos.
El Hotel se encuentra certificado con la norma NTS 002, en el nivel alto de
sostenibilidad y tiene le sello ambiental según la norma NTS 5133.4
,
adicionalmente la cadena ACCOR, de la que hace parte el Hotel, está
comprometida con el desarrollo sostenible, promoviendo una serie de acciones de
carácter ambiental que todos las marcas adscritas a la cadena deben cumplir.
A nivel de consumo de agua, en el Hotel Sofitel Bogotá Victoria Regia hay un
gasto aproximado 1.300 m3 de agua (el promedio en el año 2.011 fue de 1.330
m3 mes, con una tasa de ocupación promedio del 62,32 %, y una ocupación
promedio de 2.318 Huéspedes / mes, (ver el anexo A para observar el análisis del
mes de julio de 2.011). Teniendo en cuenta el alto volumen de agua que se usa en
la operación del hotel se procedió a evaluar la implementación de un sistema de
tratamiento de aguas provenientes de las dos lavadoras industriales del hotel,
para tal fin se procedió de la siguiente manera:
Para determinar que cantidad de agua provenía del proceso de lavado del hotel,
se instalaron dos medidores volumétricos marca “SAPPEL” a la entrada de las
dos lavadoras para determinar el consumo de agua de las mismas. Luego se
modificaron las planillas de verificación de rutina diaria de mantenimiento y se
empezó a registrar cada día el consumo de las mismas, de estas mediciones se
determinó que diariamente había un consumo aproximado de 16,2 m 3. (Ver
anexo B)
____________
4 .certificaciones vigentes hasta octubre del 2.012 y sujetas a recertificación por parte de SGS

15
Después de tener determinada la “oferta” hídrica disponible del proceso de lavado
se empezaron a hacer las mediciones para estimar el consumo que se tendría con
las actividades que usarían el agua tratada proveniente de las lavadoras. Para
determinar este potencial consumo se registraron las actividades, el tiempo de
llenado de un recipiente con volumen conocido y la frecuencia con que se
realizaba dicha actividad. (Ver anexos C y D). Después de procesar esta
información se determinaron, consumos y caudales según el cuadro 3, “Cálculo
de Consumos en puntos potenciales de uso aguas grises”.
Posteriormente se contactaron diferentes empresas para cotizar la implementación
del sistema de tratamiento de aguas residuales del Hotel pero los costos eran
demasiado altos y hacían irrealizable el proyecto, por lo que como se vera más
adelante en el análisis financiero, se inició con la evaluación para la
implementación del mismo por parte del departamento de mantenimiento del
Hotel, contando con la asesoría de una empresa de tratamientos de aguas en lo
concerniente al proceso de tratamiento del agua.
El proyecto se desarrolló de acuerdo a las recomendaciones de la empresa
“Aguasor” y a los resultados de los cálculos y diseño hidráulicos realizados. En la
fase de construcción se tuvieron dificultades debido a que al mismo tiempo se
debían atender todas las actividades propias del mantenimiento del Hotel y por
otra parte cualquier obra que se realice genera incomodidad a los huéspedes, así
que se tuvieron que interrumpir las obras varias veces.
El montaje e instalación del sistema fue realizado por el personal de
mantenimiento y para tal fin se utilizaron herramientas y equipos del taller, para las
mediciones de temperatura y masa se usaron equipos calibrados y certificados.
(Ver anexos H. J. K. L)
Como resultado de la implementación de este proyecto se espera que adicional a
los beneficios económicos directos, producto del ahorro de agua , este sea una
iniciativa que estimule la conciencia ambiental en los 110 trabajadores del Hotel, y
que también llegue a ser un referente en el manejo ambiental en hoteles ya
construidos y que no contaron en su diseño inicial con sistemas de esta índole,
porque como se mencionó anteriormente, ya existen hoteles con
implementaciones similares pero para Edificios nuevos.

16
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO PRINCIPAL
Diseñar y construir un sistema de reutilización de aguas grises provenientes del
proceso de lavado de las dos máquinas lavadoras industriales en el Hotel Sofitel
Bogotá Victoria Regia.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Recopilar y analizar información relacionada con las aguas grises y su
reutilización.
 Medir el volumen de agua generado por el proceso de lavandería para
proyectar el potencial de consumo de agua a ser reutilizada.
 Calcular el consumo estimado que se tendrá en los procesos que utilizarán
las aguas grises provenientes de lavandería.
 Evaluar la viabilidad financiera del proyecto.
 Determinar el tratamiento de las aguas grises a usar.
 Diseñar el sistema de distribución y bombeo del circuito de aguas grises en
los componentes hidráulico y eléctrico.
 Construir el sistema de tratamiento de aguas grises de acuerdo a las
indicaciones de una empresa de tratamiento de Aguas y a los cálculos del
sistema hidráulico.
 Iniciar la puesta en funcionamiento del sistema y generar los manuales de
operación, mantenimiento y seguridad.

17
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Dentro del proceso que se lleva a cabo en la lavandería del Hotel se cuenta con
dos máquinas lavadoras que están vertiendo el 100% del agua utilizada a la red
de alcantarillado, lo que representa dos problemáticas específicas:
En primer lugar, el agua proveniente de estas lavadoras, no está siendo
aprovechada como un recurso hídrico potencialmente utilizable, el cual puede
tener varias aplicaciones en otros procesos operativos del Hotel y generar un
ahorro en el consumo de agua potable.
En segundo lugar, y en el contexto del cuidado al medio ambiente, se está
vertiendo a la red de alcantarillado un mayor volumen de aguas residuales que el
que se generaría si el agua proveniente de la lavandería fuera reutilizada en otras
actividades operativas.

18
3. ALCANCE
El proyecto comprende el diseño, construcción, montaje y puesta en
funcionamiento del sistema en sus componentes hidráulico y eléctrico. En
lo que concerniente al tratamiento químico y filtrado de las aguas grises, se
seguirán las recomendaciones de una Empresa de tratamientos de aguas
residuales.

19
4. RESUMEN
Inicialmente se hicieron mediciones al agua proveniente de las lavadoras para
determinar el volumen disponible a reutilizar y a la vez se registraron los
caudales y consumos en los puntos en donde se utilizaría el agua para determinar
así la demanda. Adicionalmente se realizó el análisis del agua por parte de un
laboratorio y posteriormente una empresa de tratamientos de agua determino el
tipo de tratamiento a implementar. Por otra parte se realizó la evaluación
financiera, los cálculos y diseño del sistema y se inició con la fase de construcción
del sistema, en donde el agua proveniente de las lavadoras es filtrada y tratada
químicamente para retirar el material particulado disuelto y luego de un proceso de
desinfección es enviada hacia los tanques de almacenamiento por medio de un
sistema de bombeo, posteriormente pasa a un circuito hidráulico de distribución
para ser llevada a los puntos de uso, aprovechando la presión causada por la
diferencia de altura.
Initially became measurements to the water from washing machines to determine
the volume available to reuse and at the same time flows and consumptions were
registered at points where water is used to determine and demand. The analysis of
water by a laboratory at the same time. Subsequently a water treatment company
determine the type of treatment to be implemented. On the other hand were the
financial assessment, calculations and design of the system and began with the
construction phase of the system, where the water from the washing machine is
filtered and chemically treated to remove particulate dissolved and then a
disinfection process is sent to storage tanks by means of a pumping system, then
passes to a hydraulic circuit distribution to be brought to the points of use, taking
advantage of the pressure caused by the difference in height.

20
5. MARCO TEÓRICO
El agua es uno de los compuestos naturales más abundantes y tiene una
cobertura de aproximadamente tres cuartas partes de la superficie terrestre, sin
embargo existen limitantes para su disponibilidad y uso ya que cerca del 97 % del
total del agua está en los océanos y no es posible su uso directo, adicionalmente
cerca del 2% se encuentra como hielo, lo que al final deja solo un 1% del agua
del planeta que está disponible en ríos, lagos y depósitos subterráneos .5
. Como
se puede apreciar en la figura 1
Figura 1. Distribución del agua en el planeta
De ese 1% de agua disponible, una buena parte es usada en la industria y en la
Irrigación de áreas de cultivo, (el riego es la actividad que más consume agua en
el mundo, siendo China el País con mayor área para riego) .
___________________
5. problemática de agua en el mundo, http://www.pnuma.org/recnat/esp/documentos/cap1.pdf, consultado el
12/01/2.011

21
Otro gasto importante está dado por el consumo doméstico, en promedio cada
persona tiene un gasto aproximado de 100 a 120 litros de agua diarios, de este
cerca de la mitad del agua es usada para la limpieza corporal y el lavado de ropa,
para posteriormente ir a los desagües, en donde pasan a denominase aguas
grises.
Por lo anterior, la implementación de tecnologías de tratamiento y reutilización de
aguas residuales o servidas, de las que hacen parte las aguas grises, es una
necesidad latente debido a la escasez potencial de este líquido, la cual es
causada en buena parte por el incremento de la población mundial, lo que trae
consigo el consecuente aumento en el consumo y la demanda de la industria a
nivel mundial.
Adicional a lo anterior y tal vez aún más grave, es el ineficiente manejo del agua
en muchos de los procesos industriales, comerciales, agrícolas y domésticos .A
este respecto las naciones Unidas estimaron que para el año 2.000, 2.640
millones de personas disponían de tratamientos y/o disposición de aguas
residuales inadecuados.
A este respecto, las Naciones Unidas, por medio de la FAO también hicieron un
pronunciamiento en el que expresan que para el año 2.025, cerca 1.800 millones
de personas vivirán en países o regiones con escasez absoluta de agua.
Adicionalmente las estadísticas presentadas por el PNUM (Programa de las
Naciones Unidas para el medio Ambiente) muestran que en Europa entre el 10 %
y el 20% de las aguas residuales son desaprovechadas así como en los países
en vías de desarrollo cerca del 90% de estas aguas tampoco son tratadas. Ante
esta situación, a nivel mundial se ha venido presentando un desarrollo progresivo
aunque lento de sistemas de tratamiento y reutilización de agua. (Ver figura 2).
Países como Israel, India, Brasil, Marruecos, Australia, Canadá, España, EEUU,
Chile, México, Perú son pilotos en la implementación de dichos sistemas. En Sur
América la cobertura de tratamiento de aguas residuales es bajo, según Global
Water Partnership, 2000, en Brasil se depura el 38% de los efluentes
recolectados, Venezuela el 28% y Argentina el 10%.
Una de las razones de la baja implementación de dichos sistemas es el alto costo
de los equipos, sin embargo se espera que en un futuro cercano los precios
desciendan para ser más asequibles. Relacionado con los costos de
implementación, se ha empezado a ver dichos tratamientos desde una perspectiva
comercial, a este respecto en California EEUU, y en las islas canarias (España),
se han realizado algunos precedentes al respecto, aunque sin mayor éxito por le
momento.

22
Figura 2. Desarrollo sistemas tratamiento aguas residuales a nivel mundial
5.1 MARCO LEGAL
La reglamentación para el uso eficiente del agua ha ganado espacio en la agenda
política internacional sobre la gestión integrada de los recursos hídricos de cada
país y se ve como una estrategia a largo plazo con diferentes acciones
dependiendo del nivel y tamaño de la población .6
Algunos casos como el de los Estados Unidos, en donde a pesar de la alta
disponibilidad de agua per cápita, los programas sobre la conservación del agua y
el uso eficiente de la misma se vienen reglamentando desde hace varios años, por
intermedio principalmente del Agencia de protección ambiental –EPA.
En Colombia existe una normatividad que regula los proyectos de tratamiento de
aguas a residuales a nivel Nacional, regional y municipal, el cuadro 1 resume el
marco legal:
________________
6 SÁNCHEZ Luis Darío; SÁNCHEZ, Arlex 2.004. Uso Eficiente del agua. Ponencias sobre una perspectiva
general temática. IRC. CINARA . Colombia.

23
Cuadro 1. Marco legal del agua en Colombia
NORMA DESCRIPCIÓN
POLÍTICAS Y PLANES
Ley 152 de 1.994 Ley Orgánica de planeación.
Acuerdo del concejo
Nacional Ambiental 1.996
Lineamientos de Política para el manejo integral del
agua.
Ley 388 de 1.997 Ordenamiento territorial
Documento Conpes 3031
de 1.999
Plan del sector agua potable y saneamiento básico.
Decreto 302 de 2.000 Reglamentación relación ESP- Usuarios.
FINANCIACIÓN
Ley 715 de 2.001 Establece el sistema general de Participación que la
Nación transfiere a los entes territoriales.
Ley 141 de 1.994
Decreto 1747/95
Decreto 1111/96
Decreto 2141/99
Crea el fondo nacional de regalías FNR, regula el
derecho a recibir regalías por la explotación de los
recursos no renovables y se establecen reglas para
su liquidación y distribución, establece el ciclo de los
proyectos para su aprobación.
TÉCNICA/ INSTITUCION
Ley 142 de 1.994 Servicios púbicos domiciliarios
Ley 286 de 1.996 Modifica la ley 142 de 1.994. periodo de ajuste
Ley 632 de 2.000 Modifica Ley 142 / 1.994. Subsidios y periodo ajuste.
Resolución 1096 de 2.000 Reglamento técnico del sector de agua potable y
saneamiento básico RAS.
Ley 373 de 1.997 Ahorro y uso eficiente del agua
AMBIENTALES
Decreto 1594 de 1.984 Vertimientos de agua residual y usos del agua.
Ley 99 de 1.993 Crea el sistema Nacional ambiental y el Ministerio
del Medio Ambiente.
Decreto 1753 de 1.994 Licencias Ambiental.
Decreto 901 de 1.997 Implementación de tasas retributivas por
Resolución 3957 de 2.009 Por medio de la cual se establece la Norma técnica
para el control y manejo de vertimientos realizados a
la red de alcantarillado en el Distrito Capital
Resolución 3956 de 2.009 Por medio de la cual se establece la Norma técnica
para el control y manejo de vertimientos realizados al
residuo hídrico en el Distrito Capital.
Fuente: http://www.cortolima.gov.co/SIGAM/cartillas/aguas%20residuales.pdf
Aunque la normatividad citada aplica para proyectos de un nivel municipal en
adelante, son un referente para este tipo de proyectos.

24
Por otra parte, se tiene en cuenta que tanto las aguas de vertimientos del Hotel,
en donde se incluyen las aguas provenientes de las lavadoras, y las aguas que
provienen de los procesos en las cuales se va a reusar , ya han sido evaluadas
en los análisis anuales de aguas de vertimientos, los cuales son realizados
anualmente por el laboratorio Anascol, laboratorio avalado según resolución 1137
de 2.010 y en donde según el último análisis del año 2.011, ( informe I6554-11) el
laboratorio citado concluye que se esta cumpliendo con los requerimientos según
la resolución SDA 3957 de junio 19 de 2.009.
De lo anterior se puede concluir que las aguas residuales que se van a reutilizar
ya están cumpliendo los parámetros requeridos, aún antes de ser tratadas, sin
embargo, se realizarán análisis de laboratorio posteriores al tratamiento.
5.2 CLASIFICACIÓN DEL AGUA
5.2.1 Aguas negras. Se denomina así a las aguas residuales que provienen
De inodoros, con un alto contenido de sólidos suspendidos, nitrógeno y
contaminantes biológicos como lo son los coliformes fecales.
5.2.2 Aguas residuales. Son las aguas usadas que ya han sido utilizadas
Previamente en actividades domésticas, comerciales e industriales. Estas se
pueden clasificar en base a su origen en aguas residuales urbanas y en aguas
residuales industriales.
5.2.3 Aguas residuales urbanas. Estas se caracterizan por presentar una
Composición y carga contaminante similar ya que sus aportes van a ser siempre
los mismos, pero con unas márgenes amplias ya que las características de cada
vertedero dependerán del núcleo de población donde se genere. Las aguas
residuales urbanas se clasifican a su vez en: Aguas grises, aguas negras y aguas
residuales industriales
5.2.4 Aguas grises. Estas son las aguas provenientes de las actividades
Domésticas en residencias, edificios o instituciones. En la resolución 3956 de
2.009, art 4°, se habla de las aguas residuales domésticas, cuya definición
corresponde a las mismas aguas grises en diferentes literaturas, por lo tanto, en
este documento se hará referencia indistintamente a aguas residuales o grises, ya
que cuando se hace alusión a las aguas residuales, se están incluyendo
implícitamente las aguas grises.7
_________________
7 SORIANO RULL, Albert, Evacuación de aguas residuales en edificios, 2.007, Ed. técnicas Marcombo, pg. 9

25
5.2.5 Aguas residuales Industriales. Corresponden a estas las aguas que
Provienen de las actividades en cuyo proceso de producción, transformación o
manipulación se utiliza agua, varían en cuanto a su composición incluso en el caso
de provenir de un mismo grupo de industria, también varían en cuanto a caudales
y horarios de generación.
El alto nivel de variabilidad, junto con su mayor contenido de contaminantes y
dificultad de eliminación hacen que este tipo de agua requieran tratamientos más
largos y complicados.
5.3 MÉTODOS ANALÍTICOS PARA EL CONTROL DEL AGUA
Los parámetros más importantes para determinar la calidad del agua son:
5.3.1 Color, olor y sabor. El color del agua puede clasificarse como real si
Este depende exclusivamente a las sustancias que tiene en solución y en
aparente cuando su color depende a las sustancias que tiene en suspensión. Los
colores real y aparente son similares en agua clara y en aguas de escasa turbidez.
Para determinar la coloración del agua se compara con las soluciones de
referencia de platino-cobalto en tubos colorimétricos o en discos de vidrio
coloreados de acuerdo a los patrones descritos.
En cuanto al olor, este se puede definir como el conjunto de sensaciones que son
percibidas por el sentido del olfato al reconocer ciertas sustancias volátiles. El
método que generalmente se usa es el ir diluyendo el agua a examinar hasta no
encontrar ningún olor perceptible .El resultado se expresa como un número que
registra el límite de percepción del olor y que corresponde a la dilución que da el
olor perceptible. Debido a la subjetividad del resultado es recomendable que la
prueba la realicen por lo menos dos personas diferentes, comparando la
percepción con la de agua desodorizada.
En la evaluación del sabor, se lleva acabo la degustación del agua a examinar,
empezando con grandes diluciones, que posteriormente se van diluyendo hasta la
aparición del sabor, este tipo de ensayo se realiza solamente con agua potable.
5.3.2 Turbidez. El nivel de turbidez de una muestra de agua se debe a la
Presencia de materias en suspensión, la medida de la turbidez tiene alto interés
como parámetro de control en aguas contaminadas y residuales, el ensayo se
puede realizar en el campo o en el laboratorio.

26
5.3.3 Materia Sólida. La materia sólida disuelta en una muestra de agua se
Puede clasificar en materia decantable, materia en suspensión y residuos. La
primera se determina en un cono graduado, en donde se deja agua en reposo, el
resultado se expresa en mililitros de materia decantada por litro de agua. La
medición de materia en suspensión se puede hacer por medio de filtración o
centrifugación, la filtración se realiza sobre un filtro en vacío, luego el filtro con el
residuo es nuevamente secado y pesado, la diferencia entre las dos medidas
determina el valor de sólidos en suspensión.
5.3.4 Acidez y alcalinidad. La acidez en el agua es producto del anhídrido
Carbónico libre, sales de ácidos fuertes, bases débiles y ácidos minerales. La
alcalinidad en el agua es producto de las presencia de los carbonatos,
bicarbonatos y de los hidróxidos.
5.3.5 Dureza. La dureza también conocida como grado hidrométrico es la
Suma de los cationes metálicos, exceptuando los iones de hidrógeno y los metales
de carácter alcalino. La dureza es generada principalmente por los iones de
Magnesio y calcio y en menor proporción los iones de manganeso, hierro,
aluminio, y estroncio .8
5.4 TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES
Se denomina tratamiento de aguas residuales al conjunto de procesos físicos,
químicos y microbiológicos cuyo objetivo es eliminar los contaminantes
fisicoquímicos y biológicos disueltos en el agua efluente, provenientes de las
actividades del ser humano. Cuando las aguas han pasado por un tratamiento de
descontaminación se busca que el efluente tratado sea reutilizable en el ambiente
y que los sólidos o fangos resultantes puedan ser dispuestos para su uso o
eliminación.9
El proceso de tratamiento de las aguas residuales domésticas se puede dividir en
varias tapas: (pre tratamiento, tratamiento primario o físico, tratamiento secundario
o bilógico, tratamiento terciario que normalmente implica una cloración), figura3:
________________
8. CARRIER, Manual de aire acondicionado. Ediciones Mar combo, 2.009, cap. 1,y 5.
9. SORIANO RULL Albert, Evacuación de aguas residuales en edificios, 2.007 Ed. técnicas Marcombo, pg. 98

27
Figura 3. Alternativas para el reciclaje de aguas grises
5.4.1 Pre tratamiento. En esta etapa no se afecta la materia orgánica disuelta
en el agua residual, se busca la eliminación de sólidos disueltos de mayor tamaño
bien sea manualmente o mecánicamente para que no afecten los resultados de
procesos posteriores. En el pre tratamiento se incluyen el desbaste, el desarenado
y desengrasado .10
5.4.2 Desbaste. Consiste en hacer pasar el agua residual a través de una
malla o reja, definiéndose una clasificación de desbaste dependiendo de la
separación de la malla o reja en: desbaste fino: con separación libre de 10 – 25
mm o desbaste grueso: con separación libre de 50-100mm. La limpieza de las
rejas puede ser de manera manual o automática
5.4.3 Tamizado. Consiste en la filtración de sólidos disueltos sobre una malla
Fina, según la separación de las fibras del tamiz, el tamizado se puede clasificar
en: macro tamizado para filtros con separaciones mayores a 0,2 mm y micro
tamizado, Para filtros hechos con telas metálicas o sintéticas con separaciones en
el rango de las 100 micras hasta los 0,2mm.
5.4.4 Desarenado. Es un proceso que se lleva acabo para retirar las partículas
De arena con granulometría mayor a 200 micras y con peso específico de 2,65.
_____________
10. oportunidades de mejoras ambientales por el tratamiento de aguas residuales en el Perú. Consultado en:
http://www.fonamperu.org/general/agua/documentos/Oportunidades_Mejoras_Ambientales.pdf

28
5.4.5 Desaceitado, desengrasado y aireación. En este paso se busca
eliminar los aceites, grasas, espumas y demás material flotante más liviano que el
agua. En el desaceitado se busca la separación de líquido-líquido, el desengrase
corresponde a la separación de sólido- líquido, en ambos casos se inyecta aire
para desimulsionar las grasas y mejorar su flotabilidad.
En cuanto a la aireación al introducir aire hacia el interior de un reactor se
consigue aumentar los niveles de oxigeno, lo que permite garantizar las
condiciones aeróbicas adecuadas para que el lecho bacteriano actué.
5.4.6 filtración multilecho o multicapas
Figura 4. Filtro multietapa
El proceso de filtración multietapas o multilecho está compuesto por la
combinación de filtros de grava gruesos y filtros lentos de arena. El proceso inicia
con la circulación de agua por los filtros de gravas en donde las partículas van
quedando retenidas hasta llegar al filtro de arena de donde se producirá un agua
virtualmente libre de impurezas suspendidas. (Ver figura 4).
El mecanismo por el que se remueven los sólidos en suspensión es variado, en
primera medida el flujo de agua tiene que recorrer un trayecto largo y difuso lo que
posibilita que los materiales disueltos en el fluido tengan mayor contacto con el
material filtrante. En esta interacción actúan fuerzas de cohesión entre las
paredes, los materiales filtrantes y los sólidos que están en suspensión y también
fuerzas de atracción intermolecular llamadas fuerzas de London y van Der Walls.
Adicionalmente si el agua ha tenido un pre tratamiento con productos químicos
que posibiliten la coagulación y floculación de las partículas es más probable que
este floculo o “flock” resultante sea atrapado en el lecho filtrante más fácil que si

29
fuera una partícula en estado coloidal. En cuanto a la selección del número de
capas y la granulometría de cada una de estas, no hay una forma única de
seleccionarlas, dependiendo de las características del agua que se desee tener .11
5.4.7 Filtración gruesa dinámica. Es el proceso llevado a cabo en un tanque
que contiene una capa de grava fina de entre 6 a 13mm en la superficie y este
sobre otro lecho de gravas más gruesa de entre 13 a 25 mm, todo sobre un
sistema de drenaje en el fondo. El tamaño de los granos de grava disminuye en
dirección al flujo de agua. Estos filtros pueden ser de flujo vertical u horizontal.
A medida que el filtro va cumpliendo su función se va colmatando por la retención
de los sólidos disueltos, los cuales van ocupando los espacios vacíos por lo que
se hace necesaria su limpieza periódica.
5.4.8 Filtración lenta de arena. Está compuesto por un tanque con un lecho
de arena fina, colocada sobre una capa de gravas la cual a su vez está sobre un
sistema de drenaje del agua filtrada en flujo descendente.
Figura 5. Proceso de filtración multietapa
Si a la combinación de diferentes gravas y arena sílice se le adiciona antracita se
consiguen aún mejores resultados en la filtración del agua. Estos filtros pueden
variar en cuanto a los tamaños de grano y alturas de cama, teniendo en cuenta
que en general mientras mas grueso es el medio filtrante, mayor es el tiempo de
filtrado entre retrolavados.
_____________
11. Filtración en grava y arena. http://www.oocities.org/edrochac/sanitaria/filtracion.htm , consultado el
27/1/2.011

30
Teniendo en cuenta lo anterior se puede decir que el resultado de una mejor
filtración está dada por un menor tamaño de los gránulos y una mayor altura de
la cama, lo que aumenta el tiempo de filtrado.
En los tratamientos de agua se pueden tener filtros de camas simples, duales o
múltiples, en estos el tamaño de las partículas se especifica en base al coeficiente
de uniformidad y al tamaño efectivo de la partícula. El Coeficiente de uniformidad:
es la relación calculada al dividir la abertura de la malla por la que pasa un 60%
(en peso) de una muestra representativa de una material filtrante entre la abertura
de la malla por la cual pasa solo el 10% (en peso) de la misma muestra. En cuanto
al tamaño efectivo de la partícula, esta es la abertura de la malla por la cual pasa
el 10% (en peso) de una muestra del material filtrante.
5.4.9 Gravas. Las gravas a usar para filtros deben ser de buena calidad, como
el tamaño de los orificios de salida del sistema filtro es mayor que el tamaño de las
partículas del medio filtrante es necesario una serie de capas de gravas para
prevenir que dichas partículas obstruyan los orificios, adicionalmente al contar con
esta disposición, el fluido es mejor distribuido en el proceso de retro lavado.
En cuanto al tamaño de las gravas y espesor de las capas se recomienda utilizar
los siguientes parámetros:
 En cada capa el tamaño de las partículas debe ser los mas uniforme
posible, manteniendo una relación de tamaño entre la mayor y menor partícula no
mayor de dos.
 El tamaño de la partícula mas pequeña de la capa superior debe ser 4 o 4.5
veces el tamaño efectivo del medio filtrante más fino a ser retenido.
 Entre capa y capa de grava, la relación del diámetro de la partícula más
grande de la capa inferior entre el de la partícula menor de la capa superior no
debe ser mayor a cuatro.
 Las partículas más pequeñas de la capa de grava base deben ser dos o
tres veces del tamaño de los orificios del sistema de recolección del sistema de
salida del líquido.
 El espesor de cada capa de grava debe ser al menos tres veces el diámetro
de la partícula más grande, pero no menor a tres pulgadas en ningún caso.

31
5.4.10 Propiedades. La grava debe contar con una buena proporción de
partículas con forma redondeada, el número de gravas con una cara triturada no
debe ser mayor al 25% y presentar dureza y resistencia a la degradación. Un
máximo d 2% (en peso) de las partículas podrán ser planas o alargadas. Las
gravas deben estar libres de residuos como tierra y deben cumplir
5.4.11 Antracita. La antracita es un mineral de carbón puro, sin contaminación de
arcillas o tierras extrañas, triturado en gránulos que van desde los 0,5 mm hasta
los 1,5 mm, cuyos usos principales están dados para la industria de la fundición de
metales, procesos térmicos industriales y la purificación del agua .12
A este
respecto se le suele combinar con lechos de arena para filtros múltiples.
La antracita se caracteriza por disminuir los niveles de turbidez en el agua debido
a que retiene en mejor medida los sólidos por el proceso de adsorción, que es la
acumulación de una substancia en fase líquida o gaseosa sobre la superficie de
un sólido, por lo tanto el sólido debe tener un gran área superficial con microporos
internos y esto es lo que caracteriza a los carbones y en este caso a la
antracita .13
También gracias a su coeficiente de uniformidad por debajo de 1.7
permite un mejor flujo de agua por el filtro.
La corporación autónoma Regional CAR ha realizado pruebas con base en filtros
de antracita y arena para descontaminar el rio Bogotá con muy buenos
resultados.14
Un ejemplo es la prueba realizada con agua residual tratada con
este método y que posteriormente fue desviada a un canal llamado la “ramada”
para el uso de riego y drenaje par 1.200 usuarios, en donde se determinó que
hubo una disminución del 87,5% en los niveles de turbiedad y del 13.3% en la
alcalinidad.
5.5 TRATAMIENTO PRIMARIO
El tratamiento primario consiste principalmente en la remoción de sólidos
suspendidos por floculación o sedimentación, en la neutralización de la acidez o
alcalinidad excesivas y en la remoción de compuestos orgánicos por medio de
precipitación química. Eventualmente se usa la coagulación como auxiliar del
proceso de sedimentación. Los principales procesos del tratamiento primario son:
_______________________
12 ntc 2572
13 carbofylco, http://www.carbyfilco.com/index.php?option=com_content&task=view&id=10&Itemid=16
Consultado el 05/1/2.011

32
14 unperiodico http://www.unperiodico.unal.edu.co/dper/article/la-antracita-lograria-lo-impensable-
limpiar-el-rio-bogota/index.html.
5.5.1 Sedimentación o decantación. Es la separación de sólidos por medio
de la gravedad y se basa en la diferencia entre el peso específico del líquido y el
de las partículas sólidas presentes en el fluido. Para esta separación hay dos
casos: uno en el que las partículas disueltas tuene un peso específico mayor que
le líquido y el caso contario: el líquido tiene un peso específico mayor que los
sólidos disueltos. Dependiendo del caso se puede usar la sedimentación o la
flotación para retirar los sólidos en suspensión disueltos en el agua.
En cuanto a la sedimentación se le puede considerar floculante o primaria, en el
primer caso esta se presenta cuando la velocidad de asentamiento de las
partículas aumenta cuando estas descienden al fondo del tanque. En cuanto a la
sedimentación primaria, a esta se le considera como uno de los métodos más
usados en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, ya sea como
tratamiento único o como pretratamiento biológico. El objetivo básico de la
sedimentación primaria es retirar de las aguas residuales los sólidos que son
sedimentables, junto con la carga orgánica asociada a dichas partículas.
5.5.2 Coagulación y floculación. La coagulación y floculación facilitan la
retirada de los sólidos sedimentables y de las partículas coloidales. Aunque estas
dos operaciones suceden de manera simultánea presentan diferencias entre sí. A
la coagulación se le define como la desestabilización de la suspensión coloidal por
medio de un reactivo químico denominado coagulante, este coagulante
generalmente es de carácter metálico, como las sales les de hierro y aluminio y
tiene la ventaja de actuar como coagulantes floculantes al mismo tiempo. En
cuanto a la floculación, esta se limita a los fenómenos de transporte de las
partículas coaguladas para causar colisiones entre ella y promover así su
aglomeración.
La floculación es un proceso de separación líquido – sólido, que se utiliza para la
remoción de partículas o sólidos en suspensión de las aguas residuales. Su uso
está dado principalmente para la separación de material fibroso, grasas y aceites y
demás sólidos disueltos cuya densidad sea baja. La coagulación –floculación se
ve afectada por el tiempo de reposo del agua, la velocidad de flujo de la misma y
el nivel de PH.
5.5.3 Tanques Inhoff. Son denominan así los tanques de tratamiento primario
cuya finalidad es la remoción de los sólidos suspendidos. Este tipo de tanques
presentan la ventaja de combinar la sedimentación del agua y la digestión de los
lodos, debido a esto también se les conoce como tanques de doble cámara
(cámaras de sedimentación y de digestión de lodos).Las aguas residuales a tratar

33
en un tanque inhoff deben haber pasado primero por un tratamiento preliminar de
cribado y remoción de arenas.
La ventaja principal del tanque inhoff es que el proceso de almacenamiento de las
biomasas en las piscinas es de corto tiempo, aproximadamente seis horas, lo que
permite tratar grandes volúmenes de agua en relación al reducido volumen del
tanque y a la eficiencia de remoción de los sólidos suspendidos. Sin embargo el
nivel de eliminación de bacterias patógenas es bajo.
5.5.4 Procesos anaeróbicos. Corresponden a una serie de procesos
microbiológicos dentro de un recipiente cerrado, en donde se realiza la digestión
de materia orgánica con la subsecuente liberación de metano. Se pueden usar
diferentes tipos de microrganismos pero es desarrollado principalmente por
bacterias, algunos ejemplos de tratamientos anaerobios son los tanques sépticos y
los reactores anaerobios que tratan el agua en ausencia de luz y oxigeno. Como
ventajas de estos tratamientos están el menor volumen de lodos generados,
menores costos de instalación. Como desventajas están el mayor tiempo
requerido para el proceso.
5.6 TRATAMIENTO SECUNDARIO O BILÓGICO
En este tipo de tratamientos se busca reducir la materia orgánica presente en las
aguas residuales que continúan presentes después del pre tratamiento y
tratamiento primario. El tratamiento secundario se fundamenta en el proceso
biológico de la autodepuración que consiste en que la materia orgánica
biodegradable de las aguas residuales domésticas actúa como un nutriente para la
concentración de bacterias a las cuales se les ha proporciona oxigeno y
condiciones controladas. En síntesis es un proceso de oxidación de la materia
orgánica biodegradable con la intervención de bacterias por medio del cual se
acelera un proceso natural, evitando la presencia de contaminantes y la
disminución de oxigeno en el agua.
Las condiciones adecuadas para que este tipo de tratamiento sea eficiente son:
temperatura de entre 30 y 40 °c, presencia de oxigeno, pH adecuado, entre 6,5 a
8, salinidad menor de 3.000 ppm.
La biomasa de bacterias puede estar presente en un lecho fijo, como rocas,
plástico, cerámico o suspendido en el agua que va a ser tratada, bien sea en un
lecho móvil o fluidizado. Dependiendo de la concentración de oxígeno en el agua
se tendrán bacterias aeróbicas, facultativas o aerobias. En el caso de la arcilla

34
expandida se forma una película biológica alrededor de la misma. Los procesos
aerobios más usados son los de lagunas aireadas y los de lodos activados, los
cuales se describen a continuación:
5.6.1 Lagunas aireadas. Se definen así a las aguas servidas almacenadas que
ocupan una gran superficie de terreno, en cuya superficie se instalan aireadores
superficiales o difusores sumergidos para generar oxidación bacteriana, dichos
difusores crean una turbulencia que permite que la materia se encuentre en
suspensión. En cuanto al tiempo necesario para este tipo de tratamiento es de tres
a seis días para permitir el crecimiento acelerado de las bacterias, la separación
de sólidos se realiza por decantación en un periodo de cerca de 10 horas. La
diferencia entre este tratamiento y el de lodos activados está dada en que en este
proceso no hay movimiento de lodos y por tanto el nivel de calidad final es menor.
5.6.2 Proceso de lodos activos. En este tratamiento el agua servida aireada
se mezcla con bacterias aeróbicas que ya han sido desarrolladas con anterioridad,
a diferencia del método anterior, la mezcla del agua previamente decantada, se
agita usando bombas para que el agua esté constantemente mezcladas con los
sólidos e suspensión y a la vez en constante contacto con el oxígeno, de esta
manera la materia orgánica degradada del agua servida flocula, lo que permite
que sea decantada, una parte de la biomasa sedimentada vuelve al tratamiento
biológico con el objetivo de mantener una población de bacteriana suficiente y el
resto es separado como lodo.
El tratamiento de lodos activados en una planta convencional se inicia con la
entrada de las aguas residuales a un tanque de sedimentación primario, luego se
adiciona lodo activado al efluente del tanque en una proporción de uno a tres o
cuatro partes de lodo por una partes de agua en volumen, esta mezcla luego pasa
un tanque de aireación donde todo es mezclado mecánicamente o se inyecta agua
en el fluido por diversos dispositivos, tubos de filtro o placas filtrantes eyectores o
chorros, con cualquiera de los métodos se ponen en contacto los microrganismos
contenidos en el cloro, dando origen a la oxidación biológica. Los organismos
biológicos separan los compuestos de nitrógeno orgánico y destruyen los
carbohidratos.
El oxígeno disuelto en el agua debe estar arriba de dos partes por millón (ppm) o
más, la aireación mecánica puede efectuarse en tanques cuadrados,
rectangulares o circulares dependiendo del mecanismo usado para la agitación.
En cuanto a los tratamientos de lodos activados se usan modificaciones entre las
que están la aireación modificada, activada, en punta y por pasos o fases y los
procesos de bioactivados y bioabsorción de kraus.

35
5.7 TRATAMIENTO TERCIARIO
Con los tratamientos terciarios se busca eliminar la carga orgánica, incluyendo los
microrganismos patógenos remanente de los tratamientos anteriores, también se
eliminan en este punto el color y sabor indeseables, los detergentes, fosfatos y
nitratos residuales que ocasionan espuma y eutrofización. La cloración es parte
del tratamiento terciario
5.7.1 Tecnología de membrana. (Microfiltarción, ultrafiltración, nanofiltarción,
Ósmosis inversa, electrodiálisis reversible y electrodesionización,) Aunque su uso
principal está dado especialmente para desalinizar el agua de mar, también se
usa par tratar las aguas residuales en el caso de que el costo final del tratamiento
lo justifique o en el caso de que el nivel de salinidad de las mismas sea muy alto.
5.7.2 Microfiltración. Es efectiva para eliminar elementos patógenos de gran
Tamaño como los son la guardia y el cryptosporidium. Usualmente se usa como
pretratamiento para sistemas con membranas más finas como la ósmosis o la
nanofiltración.
5.7.3 Ultrafiltración. Se usa para eliminar principalmente los contaminantes
con tamaño mayora 0,01 micrómetros, donde se incluyen las partículas coloidales
y bacterias y virus. Se usa como pretratamiento del proceso de nanofiltración,
hiperfiltración u ósmosis inversa. Después de tratada el agua por este proceso, el
agua queda con mínimo nivel de turbiedad.
5.7.4 Nanofiltración. Elimina los contaminantes con tamaño mayor a un
Nanómetro, las membranas de nanofiltarción se usan para eliminar la gran
mayoría de sólidos disueltos. Esta tecnología es conocida también como
ablandamiento por membrana, debido a la eliminación de los iones de elementos
como el calcio y el magnesio que tienen dos cargas.
5.7.5 Ósmosis Inversa. Es una tecnología de membrana, a través de la cual
El agua (solvente) es transferida por una membrana densa diseñada para retener
las sales y solutos de bajo peso molecular, se le considera como un método de
eliminación de prácticamente todas las sales disueltas y la totalidad los sólidos en
suspensión. Estas membranas son usadas cuando se necesita agua de alto nivel
de purificación.

36
5.7.6 Electrólisis inversa. Éste método separa las moléculas o iones, debido
a la diferencia de carga y de la velocidad de transporte a través de la membrana
en un campo magnético. Las membranas tienen lugares cargados y poros
cerrados de uno o dos nanómetros.
En la célula de electrodiálisis se ubican varias membranas de intercambio
catiónico y aniónico, de forma que cuando se aplique una corriente eléctrica, los
iones positivos se desplazan por una membrana de intercambio catiónico.
5.7.7 Electrodesionización. Esta tecnología utiliza corriente eléctrica continua
que es inducida a través del agua por medio de placas o láminas metálicas
paralelas, usualmente de aluminio o hierro como fuente de energía para la
desalinización, luego, según la ley de Faraday, los iones en solución son atraídos
hacia los electrodos con carga eléctrica opuesta, dividiendo los espacios que hay
entre los electrodos , por medio de membranas selectivas para cationes y aniones,
lo que permite la creación de ciertos compartimentos, en los cuales, las sales son
almacenadas en unos y evacuadas en los restantes.
Este tipo de tratamiento ha mostrado que es posible manejar diferentes aguas
residuales, en las cuales sus características cambian radicalmente,
especialmente en el caso de las aguas de origen doméstico. También tiene
aplicaciones en los procesos de potabilización.
5.7.8 Desinfección. Por medio de este procedimiento se busca reducir la
presencia de microrganismos presentes en el agua. El nivel de desinfección
depende mucho de las condiciones del agua como son pH, turbiedad y demás.
También del tipo de agente desinfectante, su dosificación y el tiempo de acción
entre otros factores.
Los métodos más usados son la desinfección por ozono, la luz uv, la aplicación de
clorina y la desinfección con cloro, siendo esta la más común debido a su bajo
costo y a su mayor periodo de acción. El ozono O3 se produce haciendo pasar el
O2 con un alto potencial de voltaje, lo cual permite la aparición de un tercer átomo
de oxigeno, La ozonización acaba con muchos microrganismos debido a que el
ozono es muy inestable y reactivo y oxida el material orgánico con que entra en
contacto. Como ventajas están la baja producción de subproductos y como punto
negativo está el alto costo de los equipos para generarlo a nivel industrial.
La desinfección por medio de luz ultravioleta funciona afectando la estructura
genética de los virus, bacterias y demás microrganismos impidiendo que se
reproduzcan. Como puntos en contra están el cambio constante de las lámparas y
la necesidad de contar con agua previamente tratada para impedir que los
microrganismos se oculten dentro de los sólidos en suspensión,

37
5.7.9 Disposición de lodos o fangos. Los lodos o fangos generados deben
ser dispuestos adecuadamente, para tal fin si el lodo generado es demasiado
líquido se le espesa por medio de secamiento, centrifugado o compresión para
disminuir los volúmenes finales a ser reutilizados como fertilizantes (según el
caso) o transportados para disposición final.
5.7.10 Tecnologías de filtración tratamiento de aguas residuales. Adicional a
Los sistemas naturales de filtrado (wetlands y IP), se pueden usar en los procesos
de regeneración de los filtros clásicos de arena, solos o asociados a procesos
fisicoquímicos de monocapa o multicapa, o bien otros procesos de filtración.15
5.8 CRITERIOS DE DEFINICIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES
Como se puede apreciar existen multitud de métodos en el tratamiento de aguas
residuales, los cuales constantemente son renovados y modificados. Sin embargo
el término desarrollo sostenible deja claro que se deben cumplir los objetivos
ambientales, económicos y sociales. Por lo tanto la complejidad del método a usar
depende de diferentes variables entre las que están:
 Nivel de complejidad de la tecnología a usar.
 Nivel de purificación deseado.
 Tipo de contaminantes a retirar.
 Disponibilidad de recursos económicos y técnicos.
 Criterios legales establecidos para descarga de los efluentes.
 La aplicación final del agua tratada.
5.9 EXPERIENCIAS CON TRATMIENTOS SIMILARESIDUALES
En Ciudad de México está construida la planta de tratamiento de aguas residuales
“Cerro de la Estrella”, la cual está generando unos 4000 litros/segundo, los cuales
son usados en el lavado de automóviles de trenes y el metro, también en el riego
agrícola, actividades industriales yen el llenado de lagos recreativos y áreas
verdes entre otras. El proceso tecnológico de esta planta es el siguiente: las aguas
residuales provienen de la estación de bombeo de “Aculco”, posteriormente son
decantadas o sedimentadas por gravedad, donde la mayoría de los sólidos son
recolectados para pasar a un segundo tanque sedimentador para luego pasar a un
filtro compuesto de gravas, arena y antracita. Finalmente las aguas pasan a un
proceso de desinfección con cloro para ser distribuida a los usuarios finales .16
____________
15 Carbotecnia, AG-009, sep/ 2.004, http://www.carbotecnia.info/PDF/boletines/AG-009.pdf
16 Planta piloto cerro la estrella: http://issuu.com/iemasee/docs/plantas_residuales

38
5.10 CONCÉPTOS DE HIDRAÚLICA
Los líquidos y los gases se conocen como fluidos debido a que fluyen libremente
y ocupan el recipiente que los contenga y se diferencian principalmente en que los
gases son fácilmente compresibles mientras que los líquidos son difícilmente
compresibles. A continuación se analizarán algunas características de los fluidos
líquidos. (Mott Robert, mecánica de fluidos aplicada, 1.996)
5.10.1 Densidad, peso específico y gravedad específica. La densidad se
define como la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia y se
usa la letra griega p (rho), la fórmula es:
p = m / v (ecuación 1)
El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia
y se usa la letra griega (gamma) para denotarla:
γ = w/v (ecuación 2)
La gravedad específica es definida como el cociente entre la densidad de una
sustancia entre la densidad dela agua a 4°c.
La viscosidad es la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento
relativo de sus moléculas. Debido a la viscosidad es que los fluidos pierden
energía por fricción cuando están en movimiento. La viscosidad de un fluido puede
ser dinámica o cinemática.
5.10.2 Viscosidad dinámica y cinemática. La viscosidad dinámica es la
medida de la resistencia del líquido a fluir, como resultado de la interacción y
cohesión de sus moléculas y se puede representar según la siguiente fórmula:
µ = (∆ y / ∆v) (ecuación 3)
Donde (∆ y / ∆v) es el gradiente de velocidad o rapidez de corte.
La Viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad dinámica y la
densidad del fluido,
V= µ / p (ecuación 4)

39
5.10.3 Fluidos newtonianos y no newtonianos. Cualquier fluido en que la
tensión de corte sea directamente proporcional al gradiente de velocidad se
conoce como fluido newtoniano, en estos la viscosidad µ es función de la
condición del fluido, en especial de la temperatura, algunos fluidos conocidos
pertenecen a este grupo, como por ejemplo el agua, la glicerina, el alcohol, el
aceite, la gasolina. En los fluidos no newtonianos la viscosidad depende tanto de
la condición del fluido así como de la tensión de corte.
5.10.4 Presión. La presión en un fluido se define como la relación de la fuerza
por unidad de área.
p= F/ A (ecuación 5)
Cuando se realizan mediciones de presión generalmente se tiene una presión de
referencia y esta es la presión atmosférica, la presión resultante de la medición es
la presión “gage” o manométrica y la presión que se mide con relación con el vacío
es la presión absoluta. Estas se relacionan según la siguiente expresión
P abs = P gage + P atm. (ecuación 6)
La presión en un fluido en reposo varía linealmente con el cambio de elevación o
de profundidad y es directamente proporcional al peso específico del fluido ( γ ) la
relación matemática es:
∆ p = ρ .g. h (ecuación 7)
Donde ρ es la densidad, g es la gravedad y h la diferencia de elevación. Es de
notar que el cambio de presión en un fluido en reposo varía solamente en función
de la altura y del tipo de fluido pero no del tipo de recinto donde esté almacenado
ni del volumen que contenga.
5.10.5 Cabeza piezométrica. Si la presión por encima de la superficie libre de un
fluido es diferente a la presión ambiente por fuera del área, esta se convierte a
una profundidad equivalente del mismo fluido que ocasionaría la misma presión y
se determina dividiendo la presión interna del fluido entre su peso específico.
Hp = p / γ (ecuación 8)
5.10.6 Rapidez de flujo de volumen. La cantidad de flujo de volumen que circula
por un sistema por unidad de tiempo se puede expresar como:
Q = A.v (ecuación 9)

40
En donde A es el área de la sección y v es la velocidad promedio del flujo, las
unidades en el SI son (m3/s)
5.10.7 Ecuación de continuidad. Para calcular la velocidad de flujo en un
sistema cerrado de conductos se debe aplicar el principio de continuidad. Esto es
que la cantidad de fluido que circula por un conducto en un tiempo dado es
constante, es decir que tiene un flujo constante y si esta cantidad de fluido no
cambia, la masa de fluido tampoco varía en ninguna de las secciones del circuito.
Lo anterior se deduce matemáticamente así:
M1=M2, donde M es la masa y puesto que M = p.A.v se obtiene:
.p1.A1.v1 = p2.A2.v2 (ecuación 10)
Si esta ecuación se aplica a los líquidos, los cuales se consideran incompresibles,
entonces la densidad será igual en todas las secciones del circuito y por lo tanto
este término se elimina de la igualdad quedando simplificada así:
.A1.v1 = A2.v2 =Q1 =Q2 (ecuación 11)
Y despejando Q
Q = A.v (ecuación 12)
5.10.8 Velocidades de flujo recomendadas. La velocidad de un fluido en un
conducto aumenta en la medida en que disminuya el área del conducto, por lo
tanto los tubos de menor diámetro producirán velocidades de flujo más alta,
también a mayor velocidad las pérdidas de energía aumentan causando caídas
de presión, por lo anterior es ideal mantener bajas velocidades de flujo en el fluido,
pero para lograrlo se necesitan tubos de mayor diámetro, lo cual incrementa el
costo, por lo tanto es necesario delimitar algunas condiciones.
 Para sistemas de distribución es razonable una velocidad máxima de 3m3/s
 En la entrada de una bomba es recomendable velocidades mas bajas,
aproximadamente de 1m3/s.
Cuando se habla de velocidad promedio, esta se deduce de la ecuación de
continuidad, v=Q/A

41
5.10.9 Conservación de la energía y principio de Bernoulli. En el análisis de
flujo de fluidos en conductos, hay tres formas de energía presentes en el fluido:
 Energía potencial (PE): debido a su elevación, la energía potencial del
elemento con relación al fluido es:
PE= w.z =m.g.h (ecuación 13)
Donde w es el peso del fluido, z es la elevación o altura y g es la gravedad.
 Energía cinética ( KE ): Debido a su velocidad, la energía cinética del
elemento es:
KE = w.v2 / 2g (ecuación 14)
 Energía de flujo (FE): También conocida como energía de presión,
representa la cantidad de trabajo necesario para mover el elemento de
fluido a través de determinada sección en contra d e la presión p.
FE = w.p / γ (ecuación 15)
Cuando se analizan fluidos en sistemas de tubos y conductos y se quieren
conocer las condiciones en una sección del sistema, conociendo las condiciones
de la otra sección se deben tener en cuenta las siguientes variables:
 Presión del fluido
 Velocidad de flujo
 Elevación de la sección.
Figura 6. Principio de Bernoulli

42
La siguiente es la ecuación de Bernoulli:
(P1/ γ)+z1+ (v1/2g)2= (P2/ γ)+z2+ (v2/2g)2 (ecuación 16)
Donde p es la presión, z es la diferencia de altura con relación a un punto de
referencia, v es la velocidad del fluido y γ es el peso específico del fluido.
Cada término de la expresión de Bernoulli es el resultado de dividir una expresión
de la energía entre el peso de un elemento del fluido. Los términos de la ecuación
de Bernoulli se conocen como “cabezas “refiriéndose a una altura por encima del
nivel de referencia. El término P1/ γ se conoce como cabeza d e presión, a z se le
conoce como cabeza de elevación y a (v1/2g)2 se le conoce como cabeza de
velocidad. La suma de las tres se conoce como cabeza total. Como cada término
representa una altura el siguiente diagrama relaciona los tres tipos de energía:
Figura 7. Cabezas de presión, elevación, velocidad y cabeza total
5.10.10 Restricciones de la ecuación de Bernoulli. Condiciones de aplicación:
 La ecuación de Bernoulli es aplicable a sistemas en donde no se tiene en
cuenta pérdidas por de energía por fricción.
 Es aplicable a fluidos incompresibles
 No puede haber transferencia de calor hacia el interior o exterior del
sistema
 No pueden haber dispositivos mecánicos entre las dos secciones de interés
que puedan agregar o disminuir energía al sistema.

43
5.10.11 Teorema de Torricelli y tiempo de vaciado de un tanque. Se
aplica la ecuación de Bernoulli en el análisis de un recipiente o tanque se debe en
tener en cuenta que p1 = p2 = 0
Y que la velocidad en la parte superior del tanque es muy baja, entonces v1 (en la
superficie) = 0
Eliminando estos términos y despejando v2 (velocidad a la salida de un orificio del
tanque se obtiene:
V2 = √2𝑔ℎ
2
(ecuación 17)
Esta velocidad de salida en el orificio de un tanque (v2) y la rapidez de flujo de
volumen o caudal disminuyen de manera no lineal en la medida en que el fluido
fluye del tanque y disminuye la profundidad del fluido.
Teniendo en cuanta lo anterior la ecuación para determinar el tiempo requerido
para desocupar un tanque es:
t2 – t1 =
2 (𝐴𝑡/𝐴𝑗)
√2𝑔
(ℎ11/2
− ℎ21/2
) (ecuación 18)
5.10.12 Ecuación general de la energía. Cuando se requiere evaluar un
sistema hidráulico real es necesario expandir la ecuación de Bernoulli para
conformar la ecuación general de la energía, tomando en consideración las
pérdidas, ganancias y adiciones de energía. En forma general, las maneras en
que en que pierde y adiciona energía a un sistema hidráulico son las siguientes:
5.10.12.1 Dispositivos mecánicos. Se clasifican teniendo en cuenta si
agregan o restan energía al sistema. En el primer grupo están las bombas, las
cuales transfieren su energía cinética al fluido transformándola en un aumento en
la presión. Como dispositivos que restan energía al sistema están las turbinas,
motores de fluido, accionadores giratorios y lineales, los cuales absorben la
energía y la transforman en trabajo.
5.10.12.2 Fricción del fluido. Cuando un fluido está en movimiento ofrece
una resistencia de fricción al flujo causando que parte de la energía se
transforme en energía térmica. La magnitud de la pérdida de energía varía en
función de las propiedades del fluido, la velocidad de flujo, el diámetro del
conducto, la rugosidad de la pared interna del conducto y la longitud del conducto.

44
5.10.12.3 Válvulas y conectores. Estos elementos generan turbulencias
locales en el fluido, causando que la energía se transforme en calor. Estas
pérdidas se presentan siempre que haya una restricción, un cambio de velocidad
de flujo o un cambio en su dirección.
5.10.13 Nomenclatura de pérdidas y adiciones de energía. Las pérdidas
y adiciones de energía se expresan en términos de energía por unidad de peso,
conocidas como “cabezas o heads” A1.v1 = A2.v2 =Q1 =Q2
(ecuación 11) cuyo símbolo es h y dependiendo si se añade o retira energía se
utilizarán las siguientes expresiones:
hA = energía añadida o agregada al fluido por medio de un dispositivo mecánico.
hR = energía removida o retirada al fluido por un dispositivo mecánico.
hL = pérdidas de energía por parte del sistema debidas a fricción en los conductos
o pérdidas menores debido a la presencia de válvulas y accesorios.
Como se mencionó anteriormente, la ecuación de la energía es la expansión de la
ecuación de Bernoulli, tomando en consideración también las pérdidas y
ganancias de energía. Según lo referido la ecuación quedaría planteada de la
siguiente manera:
𝑝1
𝑦
+ 𝑧1 +
𝑣12
2𝑔
+ ℎ𝐴 − ℎ𝑅 − ℎ𝐿 =
𝑝2
𝑦
+ 𝑧2 +
𝑣22
2𝑔
(ecuación 19)
5.10.14 Potencia requerida por la bomba. La potencia en mecánica de
fluidos se puede definir como la rapidez con que la energía está siendo
transferida, la unidad es el watt (W)
P =
𝑄.ℎ
76.ŋ
(ecuación 20)
Es importante que la anterior ecuación sea escrita en la dirección del flujo, desde
el punto de referencia en la parte izquierda de la ecuación, al punto
correspondiente, al lado derecho.
Donde P es la potencia de la bomba expresada en Hp, h es la altura manométrica
en m, Q es el caudal en L/s, y ŋ es la eficiencia de la bomba en porcentaje.

45
5.10.15 Eficiencia mecánica de una bomba. La eficiencia (ŋ) se define
como el resultado de dividir la potencia transmitida por la bomba al fluido entre la
potencia suministrada por la bomba
ŋ =
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎
=
𝑃𝐴
𝑃𝐼
(ecuación 21)
El valor ŋ siempre será menor a 1. En el caso de las bombas centrifugas este
valor está entre el 50% y el 85 %.
5.10.16 Numero de Reynolds, flujo laminar y flujo turbulento. Para
analizar las pérdidas de energía por fricción en primera medida es necesario
caracterizar la naturaleza del flujo, el cual puede ser laminar si es lento y uniforme
o turbulento si es rápido y caótico. El tipo de flujo se puede determinar por medio
del cálculo del número de Reynolds, el cual relaciona las variables más
importantes que caracterizan un flujo: velocidad, longitud de trayectoria del flujo,
densidad y viscosidad del fluido.
En un conducto redondo las variables que determinan el número de Reynolds son:
densidad del fluido (p), viscosidad del fluido (µ), el diámetro del conducto (D) y la
velocidad promedio del fluido (v), los cuales están relacionados según la siguiente
ecuación:
NR =
𝑣𝑑𝑝
µ
=
𝑣𝐷
𝑣
(ecuación 22)
Después de obtener el resultado en la ecuación se debe evaluar el número según
los siguientes parámetros:
 Si NR < 2000, el flujo es laminar.
 Si 2000 < NR< 4000, el flujo no está definido.
 Si NR > 4000, el flujo es turbulento.
5.10.17 Perdidas de energía debido a la fricción. El término hL se define
como la energía perdida por el sistema, la fricción es proporcional a la cabeza de
velocidad de flujo y al cociente de la longitud entre el diámetro de la corriente de
flujo cuando se trata de conductos y tubos, lo cual queda expresado
matemáticamente de la siguiente manera en la siguiente ecuación:
Darcy-weisbach:

46
hL= 𝑓 x
𝐿
𝐷
x
𝑣2
2𝑔
(ecuación 23)
Donde hL es la pérdida de energía debido a la fricción, L es la longitud de la
corriente de flujo, D el diámetro del conducto, v la velocidad de flujo promedio y f el
factor de fricción. Esta ecuación es válida tanto para flujo laminar como turbulento.
5.10.18 Perdidas de fricción en flujo turbulento. Para flujo turbulento en
tuberías de sección circular resulta más adecuado usar la ecuación de Darcy para
calcular la pérdida de energía por fricción. Para determinar el factor de fricción, f,
es necesario recurrir a datos experimentales ya que el fluido está cambiando
constantemente y no se puede deducir fácilmente como si es el caso de los fluidos
con flujo laminar.
Para determinar el valor de factor de fricción se deben tener en cuenta otros dos
números adimensionales que son el Número de Reynolds y la rugosidad relativa
del conducto, está última corresponde a dividir el diámetro, D, del conducto entre
la rugosidad promedio, E, de la pared del conducto. Expresado matemáticamente
la rugosidad relativa es:
Rugosidad relativa=
𝐷
𝐸
(Ecuación 24)
Para las tuberías disponibles comercialmente, el valor de diseño de rugosidad, E,
ha sido determinada de acuerdo a la tabla 1.
Para determinar el factor de fricción se pude recurrir al uso del diagrama de
Moody o al uso de una ecuación que relaciona las variables correspondientes.
Tabla 1. Rugosidad de tuberías comercialmente disponibles
Fuente: Mott Robert, mecánica de fluidos aplicada, 1.996

47
5.10.18.1 Diagrama de Moody. Es un método muy usado para determinar el
factor de fricción en base al diagrama que lleva su nombre, (ver figura 8). En este
se muestra el factor de fricción, f, graficado contra el número de Reynolds, NR, con
una serie de curvas paramétricas asociadas a la rugosidad relativa, = D / E. Estas
curvas fueron realizadas en base a las experimentaciones hechas por L.F Moody.
5.10.18.2 Ecuación explícita del factor de fricción. Esta ecuación se usa
cuando se quieren usar los datos y obtener el valor de, f, por medio de cálculos
computarizados o con calculadora. Para el caso de flujo turbulento se utiliza la
ecuación desarrollada por P.K Swamee y A.K. Jain:
f=
0,25
𝑙𝑜𝑔(
1
3,7 (
𝐷
𝐸)
+
5,74
𝑁𝑅0,9)
2 (Ecuación 25)
5.10.19 Perdidas menores. Estas corresponden a las pérdidas causadas
por la presencia de válvulas y accesorios, cambios de diámetro de las tuberías y
cambio de dirección del flujo. Estas pérdidas generalmente son menores que las
pérdidas causadas por la fricción en el conducto, de ahí su nombre. Para
deducirlas también se usan datos experimentales ya que su cálculo es complejo.
Se recomienda que la suma de las pérdidas menores debe ser inferior al 30% de
las pérdidas por fricción. Si estas pérdidas son menores al 5% de las pérdidas de
fricción, se le puede despreciar debido a la incertidumbre presente en el momento
de determinar la rugosidad de la tubería.17
5.10.19.1 Coeficiente de resistencia. Las pérdidas de energía en un
accesorio son proporcionales a la cabeza de velocidad del fluido. Los valores
experimentales de pérdidas de energía usualmente se expresan en términos de
un coeficiente de resistencia, k , según se expresa a continuación:
hL =k (
𝑣12
2𝑔
) (ecuación 26)
Donde hL es la pérdida menor, k, es el coeficiente de resistencia, v es la velocidad
de flujo promedio en el conducto adyacente al accesorio a analizar
_______________________
17, Saldarriaga Juan, Hidráulica de tuberías, Ed Alfaomega, pg. 107

48
Figura 8. Diagrama de Moody

49
5.10.19.2 Contracción súbita. Para analizar la pérdida de energía en este
tipo de accesorio se tiene en cuenta la velocidad corriente abajo del conducto
menor a partir de la contracción. El coeficiente de resistencia k depende la
proporción de los tamaños de los conductos y de la velocidad de flujo, como se
muestra en la tabla 2:
Tabla 2. Coeficientes de resistencia contracción súbita
.
Fuente. Mott Robert, mecánica de fluidos aplicada, 1.996
5.10.19.3 Coeficientes de resistencia para válvulas, codos y tees. Existen
diferentes tipos de válvulas cuya función es regular la cantidad de flujo, entre
estas están las válvulas globo, de ángulo, de mariposa entre otras. Los
accesorios como codos y tees tiene como función dirigir la trayectoria de flujo.
5.10.19.4 Perdidas en válvulas. Las pérdidas en válvulas se determinan
usando la ecuación 26, sin embargo par determinar el valor del coeficiente de
resistencia, k, se usa la siguiente ecuación:
K = (Le /d) f T (Ecuación 27)
En donde (le/D) es la proporción d e longitud equivalente y se puede ver según el
cuadro 2. Le es la longitud del tubo o conducto recto con el mismo diámetro
nominal de la válvula, equivalente a la misma resistencia que tendrá la válvula. El
término D, es el diámetro interno del conducto. El término ft es el factor de fricción
en el conducto al cual está conectada la válvula o accesorio.

50
Cuadro 2. Resistencia de válvulas y accesorios longitud equivalente
Fuente. Mott Robert, mecánica de fluidos aplicada, 1.996.
5.10.20 Sistemas de tubería simples, serie, paralelo y con ramas
5.10.20.1 Tuberías en paralelo. Cuando en dos o más tuberías el fluido corre
en dos o más líneas se le considera un sistema en paralelo. En este tipo de
sistema el caudal que ingresa al sistema es igual a la suma de los caudales de
cada una de los ramales que están en paralelo e igual al caudal que sale del
sistema. Las pérdidas por fricción son iguales encada una de los ramales que
están en serie.
- Redes abiertas. Se caracterizan por no tener ningún sistema cerrado en el
circuito. Los ejemplos típicos son las redes madres de distribución de agua
potable (ver figura 9), otro ejemplo es una red contra incendios en el interior de un
edificio o las tuberías principal y secundaria de un sistema de riego localizado.
- Redes cerradas. Conocidas también como sistemas de circuito cerrado o de
ciclos. Se caracterizan por tener al menos un circuito cerrado (loops en ingles)
dentro del sistema. El objetivo de este tipo de sistemas es garantizar el suministro
a cualquier parte del sistema, al estar este conectado por más de una tubería,
aumentando así la confiabilidad del abastecimiento. Como ejemplos de este tipo

51
de circuito está el sistema de distribución de agua potable de una ciudad. .18
(Ver
figura 10).
Figura 9. Redes hidráulicas abiertas
Figura 10. Redes hidráulicas cerradas
_________________
18 .Saldarriaga Juan, Hidráulica de tuberías, Ed Alfaomega, pg. 304

52
5.10.21 Análisis de redes balance de cantidad. Este tipo de análisis busca
mantener la masa a lo largo de toda la red. Como principio se plantea que en
cada una de las uniones o nodos del sistema se debe cumplir la ecuación de
continuidad y en cada uno de los tanques o embalses del sistema se debe
suministrar el caudal demandado
En general el método consiste en determinar los diámetros y los caudales en cada
una de las tuberías de la red para condicione permanentes de flujo y, a la vez
determinar que en los tanques o embalses del circuito se cumplan dichas
demandas de caudal.
5.10.22 Tipos de bomba
Figura 11. Clasificación de las bombas hidráulicas
5.10.23 Selección y aplicación de bombas. En el mercado existe una
multitud de bombas para el transporte de líquidos, para la selección de bomba se
deben evaluar una serie de parámetros como son:
 Características del fluido a bombear.
 Caudal requerido.

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