Solucionario del examen del master de hidrologia y gestion de los recursos hidricos de la universidad alcala

EJERCICIO PRÁCTICO INTEGRADOR
2016 - 2017

Un príncipe Saudí ha decidido realizar una inversión en una isla próxima a Bahrain, donde pretende construir un
complejo hotelero-turístico de alto lujo.
Las instalaciones incluirán:
 Hotel de 500 habitaciones, cuyo consumo de agua total puede ser equivalente al de una población de
2.000 habitantes, incluyendo consumo humano, lavanderías, Spa, etc. EL complejo dispondrá de un
depósito de agua para consumo humano, cuya ubicación deberá de definirse.
Del consumo de agua:
• 60% es para consumo humano directo (bebida, duchas, etc.).
• 20% se usa en cocinas.
• 10% se usa en piscinas y Spa.
• 10 % se usa en inodoros.
Aparte hay otras instalaciones consumidoras de agua, que son:
• Un pequeño campo de golf, con un consumo de agua de unos 200 m3/día de media, para lo que dispondrá
de un depósito de agua propio.
• Un pequeño huerto para producción de frutas y verduras, que necesita unos 100 m3/día de agua.
El problema de esta isla es que no cuenta con recursos hídricos. En los estudios previos realizados se ha obtenido la
siguiente información:
a) No es viable llevar agua en barco.
b) Temperaturas suaves en invierno (11-13º C) y muy cálidas en verano (30-45º C), insolación sobre 2000
h/año y pluviosidad entre 100-150 mm/año.

c) Se ha encontrado un acuífero constituido por arenas arcillosas a una profundidad de 30 m, que subyace a
un potente nivel de arcillas en la mayor parte de la isla, siendo sus principales características:
• Potencia: 50 m
• Porosidad: 5 %
• Permeabilidad: 0,1 m/día
• Recarga: 20 % de la precipitación
• Superficie total: 78,5 km2
• Superficie aflorante: 3,0 km2
• Caudal promedio de los pozos: 3 l/s
• Rendimiento específico medio: 0,3 l/s·m
 La composición química de sus aguas se da en la tabla siguiente:
Parámetros Valor (mg/l)
pH 7,10
Conduct. 260,00 (µS/cm)
TDS 261,00
Calcio 26,21
Magnesio 1,93
Sodio 35,88
Potasio 1,20
Boro 0,05
Hierro 0,05
Bicarbonatos 149,63
Cloruros 9,06
Sulfatos 17,31
Nitratos 0,64

Como ingeniero responsable del proyecto en el campo del agua tienes que dar una solución global al problema incluyendo
todas las tecnologías disponibles que conozcas con un concepto de escasez y ahorro de agua, contemplando:
I. Descripción de cuál sería la mejor forma de solucionar el problema de agua en la zona, expresando la solución en
forma de un diagrama de flujo o balance de entradas y salidas de agua.
El príncipe Saudí, que ha visitado en numerosas ocasiones Marbella, es un enamorado de España, y ha decidido
aplicar en la Isla la legislación española, incluida la de aguas potables (RD 140/2003) y de reutilización de agua
depurada (RD 1620/2007). Está muy preocupado asimismo por los aspectos ambientales del proyecto, por lo que
intentará reducir al máximo los vertidos y fomentar la reutilización.
Hay que dar una solución global al problema abordando cada uno de los sistemas de tratamiento y depuración de
agua que permitan aportar los volúmenes de agua necesarios, dando una estimación de los caudales implicados,
tamaños de los elementos, etc. (no es preciso hacer un diseño completo y exhaustivo de cada uno de los
tratamientos necesarios).
Se considera que el volumen agua que entra en la EDAR es el 90% del volumen que sale del depósito.
II. Es preciso dimensionar la impulsión de cada una de las fuentes de suministro que se propongan (conducción
de la planta desaladora hasta el depósito y del pozo de captación hasta el depósito).
Para construir las conducciones de impulsión enterradas se dispone únicamente de tubería de polietileno de
alta densidad HPDE en diámetros 50, 75 y 100 mm
La energía necesaria para la gestión del sistema de abastecimiento de agua se obtendrá de sendas centrales
solar y eólica capaces de producir hasta 1.720 Kw/día. (Consumos energéticos medios: desalación 3,5 kw-
h/m3, depuración para calidad reutilización 0,8 kw-h/m3, elevación de agua por cada 100 m de elevación 0,36
kw-h/m3).
La energía necesaria para el funcionamiento del hotel se obtendrá desde un huerto solar a instalar en las
proximidades del hotel, que no se considera en el análisis del sistema de abastecimiento de agua.

III. Es preciso conocer los costes del sistema para estimar la viabilidad y sostenibilidad financiera del proyecto. Una
consultora internacional ha facilitado una serie de parámetros sobre los que se pueden realizar cálculos. Se facilitan
módulos sobre los costes de inversión (estimados en €/m3 de producción/tratamiento/suministro anuales) y sobre los
costes de explotación y mantenimiento de explotación (€/m3).
1 En €/m3 producidos, tratados o distribuidos anuales.
0,1581252,00Reutilización
0,1371253,00Depuración
0,0524301,50Distribución
0,6452255,00Desalinización
0,1226252,50Extracción
Vida
útil
Valor
unidad1
Costes
O&M
por m3
Inversión
Servicio
1 En €/m3 producidos, tratados o distribuidos anuales.
0,1581252,00Reutilización
0,1371253,00Depuración
0,0524301,50Distribución
0,6452255,00Desalinización
0,1226252,50Extracción
Vida
útil
Valor
unidad1
Costes
O&M
por m3
Inversión
Servicio
Preocupados por los márgenes de sensibilidad de los costes respecto al precio de la energía en el futuro, se ha
consultado a un especialista que ha proporcionado tres escenarios con una probabilidad de suceso asociada a cada uno
de ellos. ¿Cuál sería el coste unitario de extracción de aguas subterráneas y de producción de la planta desalinizadora en
estos términos?
Escenario €/kWh Probabilidad
Base 0,10 40%
Supuesto 1 0,15 40%
Supuesto 2 0,20 20%
Para estimar el coste de cada uno de los servicios se puede utilizar una tasa de descuento del 5% para determinar el
CAE de la inversión. A efectos de gestión, se necesitan conocer los costes unitarios de cada servicio.

Información adicional:
1.- Cartografía hidrogeológica y topográfica

2.- Dotaciones de agua
ALTA MEDIA BAJA
Menos de 2.000 habitantes - 280 220
De 2.000 a 50.000 habitantes 340 300 240
De 50.000 a 100.000 habitantes 320 290 260
De 100.000 a 500.000 habitantes 300 270 -
Más de 500.000 habitantes 270 - -
DOTACIONES DE REFERENCIA (l/h/día)
POBLACIÓN ABASTECIDA
ACTIVIDAD INDUSTRIAL-COMERICAL DEL NÚCLEO

3.- Hidráulica
3.1.- Cálculo de pérdidas de carga mediante Hazen-Williams:
h = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L
Donde
h: pérdida de carga o de energía (m)
Q: caudal (m3/s)
C: coeficiente de rugosidad (adimensional) (HPDE=140)
D: diámetro interno de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m)
3.2.- La velocidad mínima del agua requerida en la tubería de impulsión a considerar será de 1 m/s +/- 6%, en
cualquier situación de operación.
3.3.- Cálculo de energía demandada por el motor:
Ph (kW) = q ρ g H / (3,6·106)
Ps (kW) = Ph (kW) / η
Donde
Ph (kW) = Potencia hidráulica (kW)
Ps (kW) = Potencia en el eje (kW)
q = caudal (m3/h)
ρ = densidad del fluido (kg/m3)
g = gravedad (m/s2)
H = Altura manométrica (m)
η = eficiencia del equipo de bombeo (tomar 0,8)

i. Recursos Subterráneos
Parámetros Valor (mg/l)
pH 7,10
Conduct. 260,00 (µS/cm)
TDS 261,00
Calcio 26,21
Magnesio 1,93
Sodio 35,88
Potasio 1,20
Boro 0,05
Hierro 0,05
Bicarbonatos 149,63
Cloruros 9,06
Sulfatos 17,31
Nitratos 0,64
RECURSOS SUBTERRÁNEOS
RENOVABLES
P = 100 mm P = 150 mm
S = 3.000.000 m
2
S = 3.000.000 m
2
V= 0,3 Hm3
/año V= 0,45 Hm3
/año
INF = 20 % Precip INF = 20 % Precip
Rec. Renov. = 0,060 Hm
3
/año Rec. Renov. = 0,090 Hm
3
/año
EXTRACCIÓN
180 m3
/día
65700 m
3
/año
2,5 L/s Profundidad (m): 80
216 m3
/día Caudal (L/s) 2,5
78840 m3
/año qs (L/s·m): 0,3
N.E. (m): 40
d (m) : 8,33
N.D. (m): 48,33
POZO
POZO
(Características principales)

SITUACIÓN DEL COMPLEJO HOTELERO.
-Complejo hotelero en la costa norte. Depósito agua potable a 40 msnm.
-El pozo en zona alta de la isla para poder atravesar toda la formación acuífera.
-Campo de golf en zona alta de la isla.
- Huerto en la costa junto al complejo hotelero.

1. EVALUACIÓN DE DEMANDAS
Dotación = 300 l/hab/día
1º.- HOTEL 219.000 m3
/año ORIGEN AGUA (m3
/día)
DIRECTO PERSONAS 131.400 m3
/año 360 m3
/día DESAL 360
COCINAS 43.800 m3
/año 120 m3
/día A SUBT 120
PISCINA Y SPA 21.900 m3
/año 60 m3
/día A SUBT 60
INODOROS 21.900 m3
/año 60 m3
/día REUT 60
2º.- CAM. GOLF 73.000 m3
/año 200 m3
/día REUT 200
3º.- HUERTO 36.500 m3
/año 100 m3
/día REUT 100
DEMANDA TOTAL = 328.500 m3
/año
CONSUM. HUMANO = 197.100 m3
/año
REUTILIZADA = 131.400 m3
/año
328.500 m3
/año
CALIDAD
DEMANDAS
180
360

2. DIAGRAMA DE FLUJO
 POTABILIZACIÓN: Filtración y floculación
 DEPURACIÓN:
 Pretratamiento con desbaste, desarenado y desengrase
 Tratamiento físico-químico (coagulación - floculación)
 Tratamiento biológico
 Tratamiento terciario para eliminación de nutrientes
 Desinfección mediante floculación ó Ultravioleta (el agua para riego)
Dotación: 300 l/h·día
m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día
HOTEL: personas
360 60 %/(300 l-hab/día) 324 Campo de Golf
200 (200 m3
/día); todo el año
(1 pozo HOTEL: cocinas 108
Q = 2,5 l/s) 120 20 %/(300 l-hab/día)
100 Huerta
540 HOTEL: piscinas y Spa 54 100 m3
/día
60 10 %/(300 l-hab/día)
486 m
3
/día HOTEL: inodoros
60 10 %/(300 l-hab/día)
360 m
3
/día
77 Vertido a cauce público
TOTAL a DEP.
AGUAS
SUBTERRÁNEAS
DESALACIÓN 360
180
TOTAL REUTILI.
CONSUMOS DE AGUA REUTILIZADA
DEPURACION
POTABILIZADORA
AGUA
POTABLE
CONSUMOS DE AGUA POTABLE
160

 DEPURACIÓN:
m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día
HOTEL: personas
200 (200 m3
(1 pozo HOTEL: cocinas 108
Q = 2,5 l/s) 120 20 %/(300 l-hab/día)
100 Huerta
/día
60 10 %/(300 l-hab/día)
486 m
3
60 10 %/(300 l-hab/día)
360 m
3
/día
77 Recarga artificial
TOTAL a DEP.
AGUAS
SUBTERRÁNEAS
DESALACIÓN 360
180
TOTAL REUTILI.
CONSUMOS DE AGUA REUTILIZADA
DEPURACION
POTABILIZADORA
AGUA
POTABLE
CONSUMOS DE AGUA POTABLE
160

3. CONSUMO ENERGÉTICO
Tubería impulsión desaladora a depósito
Caudal de Demanda
360 m3
/dia 15 m3
/hora
Calculo de altura necesaria
Altura geométrica 40 m
Perdidas de carga 19,32371 m
Gravedad
9,81 m/s
2
Peso especifico del fluido
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
2,4 kW
Rendimiento de los equipos de bombeo
Rendimiento electrico e hidraulico del equipo de bombeo 80%
Potencia hidraulica en el eje de la bomba
3,031071 kW
0,202071 kW-h/m3
Hazen-Williams Equation for Pressure Loss in Pipes
Impulsión desaladora a depósito 360 m3
/dia
SI Units
Specified Data
l = length of pipe (m) 199
c = Hazen-Williams roughness constant 140
q = volume flow (liter/sec) 4,16666667
dh = inside or hydraulic diameter (mm) 50
Calculated Pressure Loss
f = friction head loss in mm of water per 100 m of pipe (mm H20 per 100
m pipe) 9710,41
f = friction head loss in kPa per 100 m of pipe (kPa per 100 m pipe) 95,26
Head loss (mm H20) 19323,71
Head loss (kPa) 189,57
Calculated Flow Velocity
v = flow velocity (m/s) 2,12

i. Consumo energético
Caudal de Demanda
360 m3
/dia 15 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,7 kW
2,181055 kW
0,145404 kW-h/m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 1350,41

Caudal de Demanda
360 m3
/dia 15 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,7 kW
2,077619 kW
0,138508 kW-h/m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 333,10
V < 1 m/s +/- 6 %

Tubería impulsión pozo captación aguas subterráneas
Impulsión pozo 180 m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 2689,86
Caudal de Demanda
180 m
3
/dia 7,5 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
1,0 kW
1,311703 kW
0,174894 kW-h/m3

/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 374,07
Caudal de Demanda
180 m
3
/dia 7,5 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s
2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
1,0 kW
1,282122 kW
0,17095 kW-h/m
3
V < 1 m/s +/- 6 %

Tubería impulsión EDAR a campo golf
Impulsión reutilizada 200 m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 3269,44
Caudal de Demanda
200 m3
/dia 8,333333 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,9 kW
2,322163 kW
0,27866 kW-h/m3
V > 1 m/s +/- 6 %

/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 454,67
Caudal de Demanda
200 m3
/dia 8,333333 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,7 kW
2,082468 kW
0,249896 kW-h/m3
V < 1 m/s +/- 6 %

/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 112,15
Caudal de Demanda
200 m3
/dia 8,333333 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,6 kW
2,053301 kW
0,246396 kW-h/m3
V < 1 m/s +/- 6 %

ii. Consumo energético
Sólo se dispone de 1.720 kw/día; no es viable el abastecimiento con estas
dotaciones
El volumen de agua a bombear contra la membrana es un 55 % superior al necesario de desalación (rdto. 45 %).
(kw-h/m3
) (kw-h/día)
DESALACIÓN 3,50 2.800
REUTILIZACIÓN 0,80 389
A. SUBTERRÁNEA 0,17 31
IMPULSIÓN (salida
desaladora) 0,14 50
IMPULSIÓN
(reutilizada) 0,28 56
3.271
CONSUMO ENERGÉTICO
TOTAL (kw-h/día)

4. EVALUACIÓN DE DEMANDAS
Dotación = 200 l/hab/día
1º.- HOTEL 146.000 m3
/año ORIGEN AGUA (m3
/día)
DESAL 180
A SUBT 60
COCINAS 29.200 m3
/año 80 m3
/día A SUBT 80
PISCINA Y SPA 14.600 m3
/año 40 m3
/día A SUBT 40
INODOROS 14.600 m3
/año 40 m3
/día REUT 40
2º.- CAM. GOLF 73.000 m3
/año 200 m3
/día REUT 200
3º.- HUERTO 36.500 m3
/año 100 m3
/día REUT 100
DEMANDA TOTAL = 255.500 m3
/año
CONSUM. HUMANO = 131.400 m3
/año
REUTILIZADA = 124.100 m3
/año
255.500 m3
/año
65.700
340 346,8
CALIDAD
DIRECTO PERSONAS 87.600 m3
/año
180
240 m3
/día

 DEPURACIÓN:
m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día m3
/día
HOTEL: personas
170 (200 m
3
HOTEL: cocinas 72
(1 pozos 80 20 %/(185 l-hab/día)
Q = 2,5 L/s) 85 Huerta
/día
40 10 %/(1850 l-hab/día)
324 m3
36 10 %/(185 l-hab/día)
291 m3
/día
AGUAS
SUBTERRÁNEAS
180
POTABILIZADORA
AGUA
POTABLE
TOTAL a DEP.
DESALACIÓN 180
TOTAL REUTILI.
CONSUMOS DE AGUA POTABLE CONSUMOS DE AGUA REUTILIZADA
DEPURACION

3. CONSUMO ENERGÉTICO
Caudal de Demanda
180 m3
/dia 7,5 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s
2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
0,9 kW
1,158623 kW
0,154483 kW-h/m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 2689,86

V < 1 m/s +/- 6 %
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 374,07
Caudal de Demanda
180 m
3
/dia 7,5 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
0,9 kW
1,158623 kW
0,154483 kW-h/m3

V < 1 m/s +/- 6 %
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 92,27
Caudal de Demanda
180 m
3
/dia 7,5 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
0,8 kW
1,026566 kW
0,136875 kW-h/m3

Tubería impulsión EDAR a campo de golf
Impulsión EDAR a campo de golf 170 m3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 2419,67
Caudal de Demanda
170 m
3
/dia 7,083333 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s
2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
1,5 kW
1,91233 kW
0,269976 kW-h/m
3

V < 1 m/s +/- 6 %
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 336,50
Caudal de Demanda
170 m3
/dia 7,083333 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,4 kW
1,761544 kW
0,248689 kW-h/m3

V < 1 m/s +/- 6 %
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 83,00
Caudal de Demanda
170 m3
/dia 7,083333 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
1,4 kW
1,743196 kW
0,246098 kW-h/m3

/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 1990,74
Caudal de Demanda
153 m3
/dia 6,375 m3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
0,9 kW
1,107356 kW
0,173703 kW-h/m3
V < 1 m/s +/- 6 %

Impulsión pozo 153 m
3
/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 276,85
Caudal de Demanda
153 m
3
/dia 6,375 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s
2
Agua 1000 kg/m3
Potencia Hidraulica
0,9 kW
1,088748 kW
0,170784 kW-h/m3
V < 1 m/s +/- 6 %

/dia
SI Units
Specified Data
m pipe) 68,29
Caudal de Demanda
153 m
3
/dia 6,375 m
3
/hora
Gravedad
9,81 m/s2
Agua 1000 kg/m
3
Potencia Hidraulica
0,9 kW
1,086484 kW
0,170429 kW-h/m3
V < 1 m/s +/- 6 %

ii. Consumo energético
Se dispone de 1.720 kw/día
El volumen de agua a bombear contra la membrana es un 55 % superior al necesario de desalación (rdto. 45 %).
(kw-h/m3
) (kw-h/día)
DESALACIÓN 3,50 1.400
REUTILIZACIÓN 0,80 259
A. SUBTERRÁNEA 0,17 31
IMPULSIÓN (salida
desaladora) 0,15 28
IMPULSIÓN
(reutilizada) 0,27 45
1.718
CONSUMO ENERGÉTICO
TOTAL (kw-h/día)

6. ECONOMÍA
Dotación: 200 l/h · día
Inversión por m3
/año extracción pozo
2,50 25 65.700 164.250 11.654 0,1774
Inversión por m3
/año planta
desalinizadora
5,00 25 65.700 328.500 23.308 0,3548
Inversión en distribución y recogida por
m3
/año*
1,50 30 131.400 197.100 12.822 0,0976
Inversión depuración (m3
/año tratado)
3,00 25 118.260 354.780 25.173 0,2129
Inversión en reutilización (m3
/año
reutilizado)
2,00 25 106.215 212.430 15.072 0,1419
1.257.060 88.028* Incluye depósitos, redes y demás
infraestructura hidráulica
Pres upues to de invers ión (módulos )
Valor unidad
(E uros )
Vida útil
(años )
Volumen anual
solución
Invers ión C AE (5%) C AE m
3

Por m
3
Total
E xtracción 0,1226 8.055
Desalinización 0,6452 42.390
Distribución 0,0524 6.885
Depuración 0,1371 16.213
R eutilización 0,1581 16.793
90.336
C os te anualC os tes Operativos y de
Mantenimiento (O&M)
Total
Total por m
3
E xtracción 8.055 11.654 19.709 0,3000
Desalinización 42.390 23.308 65.698 1,0000
Distribución 6.885 12.822 19.707 0,1500
Depuración 16.213 25.173 41.386 0,3500
R eutilización 16.793 15.072 31.865 0,3000
Total 90.336 88.028 178.364
C os tes del s ervicio C os te anual C AE Invers ión
C os te anual s ervicio

Costes de extracción y desalinización (probabilidad)
Base 0,10 40%
Supuesto 1 0,15 40%
Supuesto 2 0,20 20%
Escenario €/kWh Probabilidad
E xtracción 0,17 kWh/m
3
Desalinización 3,5 kWh/m
3
E s cenario
(€/m
3
)
Probabilidad
E s c enario
(€/m
3
)
Probabilidad
Base 0,0170 0,0068 0,3500 0,1400
S upuesto 1 0,0255 0,0102 0,5250 0,2100
S upuesto 2 0,0340 0,0068 0,7000 0,1400
0,0238 0,4900
Variación 0,0068 0,1400
E s cenario
E xtrac ción Des alinizac ión
C oste extracción aguas subterráneas (€/m3
) 0,3000 0,3068 0,0068
1,0000 1,1400 0,1400C oste producción desalinizadora (€/m3
)
DiferenciaB as e Ajus tado

Caso práctico
María Leal Meca
PRUEBA: ISLA MISTERIOSA

Figura 1. Ensayo de bombeo en un pozo realizado en la zona en el
acuífero de gravas y arenas, situado donde está el punto morado en el
mapa de la figura 2.
Figura 2.

Figura 4.Figura 3.
Figura 5. Figura 6. Corte hidrogeológicos

6) Determinar el coste de inversión para cada sistema de
infraestructuras.
7) Determinar el coste anual total de conservación y explotación.
8) Determinar el coste anual equivalente (CAE) total y por metro
cúbico de:
- Captación y embalse de aguas superficiales
- Extracción de aguas subterráneas
- Transporte y distribución de agua
- Total del sistema

Balance de agua
Uso Volumen Calidad
1000 habitantes (200 l/hab·dia) 200 m3/día
Potable
Colegio 300 m3/día
Clínica-dispensario 200 m3/día
Centro comercial 500 m3/día
50 Ha Invernadero (5.000
m3/año·Ha)
685 m3/día
Riego
Riego campos de golf
2.000
m3/día
1. EVALUACIÓN DE DEMANDAS: Poblado durante la construcción colonia
1.200 m3/día
2.685 m3/día

Balance de agua
2. EVALUACIÓN DE DEMANDAS: Colonia submarina
3.185 m3/día
164 m3/día
Tipo de cons umo Volumen (m
3
/día) m
3
/año Hm
3
/año
Hotel 3.000 camas (500 l/cama·día) 1.500 547.500 0,5475 Potable m
3
/año m
3
/dia
1.000 personas (1000 l/hab·día) 1.000 365.000 0,365 Potable Potable 1.162.500 3.185
invernadero (50 ha) 5000 m
3
/ha 685 250.000 0,25 Potable R iego 60.000 164
J ardines 5 Ha (12.000 m
3
/Ha·año) 164 60.000 0,06 riego 1.222.500 3.349
3.349 1.222.500 1,223
Colonia
R E S UME N
Uso Volumen Calidad
Hotel, 3000 camas
(500 l/hab·día)
1.500 m3/día Potable
1000 personas (1000
l/hab·día)
1.000 m3/día
Invernadero (50 Ha)
(5000 m3/Ha·año)
685 m3/día (365 d/año)
Jardines (5 Ha) 12000
m3/Ha·año)
164 m3/día (365
días/año)
Riego

Evaluación de los Recursos Hídricos subterráneos
Debemos evaluar los Recursos
Renovables de nuestro acuífero
Unidad Acuífera de Gravas y
Arenas
S aflorante = 5 km2
P = 312 mm
I = 50% PI = 156 mm/año
Recarga = 0,78 Hm3/año
Pero existen unas descargas al
mar que deben ser evaluadas
No debemos superar los recursos
renovables para evitar procesos
de intrusión marina (descenso de
niveles piezométricos) y para
evitar la sobreexplotación del
acuífero

Interpretación de ensayo de bombeo escalonado
Caudal seleccionado = 2 l/s

Ecuación de Jacob simplificada para ensayos de bombeo
en régimen variable

Interpretación de ensayo de bombeo escalonado
Δd= 0,45
Δd= 0,45

Ecuación de Jacob simplificada para ensayos de
bombeo en régimen variable
Q = 2 l/s = 173 m3/día
D = 0,45
b = 5 m
T= 70,3 m2/día
K=T/b = 14 m/día
Ley de Darcy Q= k*i*A
Se identifican 2 zonas de descarga. Calculamos i en cada una de las
zonas, y así podemos estimar las descargas al mar de cada zona

Frente de descarga 1
L = 920 m
i = 5*10-3
Frente de descarga 2
L =1400 m
i = 1,2*10-2
Ley de Darcy Q= k*i*A
Q1=14*5*10-3*920*3 = 193 m3/día
Q2=14*1,2*10-2*1400*5 =1,176 m3/día
Evaluación de las descargas al mar

Evaluación de los RRHH subterráneos
Debemos evaluar los Recursos
Renovables de nuestro acuífero
Unidad Acuífera de Gravas y Arenas
S aflorante = 5 km2
P = 312 mm
I = 50% PI = 156 mm/año
Recarga = 0,78 Hm3/año
Descarga = 0,49 Hm3/año
Recurso disponible = 0,29
Hm3/anuales

Asumiendo Sup = 6 km2
I = 0,5 %
Q= 0,94 Hm3 año
Q = 2.600 m3/día
Se considera construir una
presa en la zona marcada en
mapa con altura de muro de 30
m y vol. Almacenamiento de 1,3
Hm3)
P (mm)
Cuenca
Recepción
(Hm
3
)
Inf (Hm
3
)
Q (Hm
3
) en
azud
Q (m
3
/día)
en azud
39,88 0,24 0,12 0,12 3.988
36,37 0,22 0,11 0,11 3.637
27,03 0,16 0,08 0,08 2.703
31,72 0,19 0,10 0,10 3.172
19,41 0,12 0,06 0,06 1.941
10,98 0,07 0,03 0,03 1.098
1,51 0,01 0,00 0,00 151
1,32 0,01 0,00 0,00 132
18,01 0,11 0,05 0,05 1.801
41,37 0,25 0,12 0,12 4.137
42,73 0,26 0,13 0,13 4.273
42,39 0,25 0,13 0,13 4.239
312,72 1,88 0,94 0,94 2.606

Diagrama de flujo: poblado de trabajadores
Pozos ETAP
Depósito
elevado
518 m3/día 1.200 m3/día 1.200 m3/día
300 m3/día 200 m3/día 500 m3/día
EDAR
300 m3/día 200 m3/día 500 m3/día
2.000 m3/día
Campos de Golf
Invernadero
R.D. 1620/2007
Tto. terciario
1.200 m3/día
3 pozos
Q=2 L/s
200 m3/día
Habitantes Colegio Clínica Centro Comercial
200 m3/día
Aguas
superficiales
800 m3/día
R.D. 140/2003
685 m3/día

Diagrama de flujo: colonia submarina
Desalador
submarino
ETAP
Depósito
elevado
2,500 m3/día 2.500 m3/día 2.500 m3/día
1.500 m3/día 1.000 m3/día
EDAR
1.500 m3/día 1.000 m3/día
Jardines
Invernadero
685 m3/día
R.D. 1620/2007
Tto. terciario
164 m3/día
Hotel Poblado
R.D. 140/2003
1.336 m3/día
Vertido al mar
164 m3/día
Vertido al mar
4.578m3/día

2. LEGISLACIÓN
• R.D. 140/2003, sobre calidad de aguas para consumo humano
• R.D. 1620/2007, de reutilización de aguas
• R.D. 509/1996, sobre tratamiento de aguas residuales urbanas
• R.D. 261/1996, contra la contaminación por nitratos
• R.D. 1514/2009, de protección de las aguas subterráneas
• R.D. Legislativo 1/2001, texto refundido de la ley de aguas
• Etc.
Balance de agua

Paton Beach es un pueblo costero que ha comprado el consorcio inmobiliario MADELSON con el fin de instalar la
ciudad del ocio, con casinos y campo de golf.
Seri Madelson, promotor de Paton Beach, previendo el gran consumo de papel que va a necesitar en sus casinos, ha
dispuesto la construcción de una industria papelera para el autoabastecimiento.
Te acaban de contratar como técnico para que diseñes el abastecimiento y la gestión del agua, integrando todos los
recursos y tecnologías posibles (superficiales, subterráneos, reutilización y desalación) para conseguir que las
necesidades queden cubiertas, intentando además conseguir el 100% de reutilización del agua.
La información geológica e hidrogeológica básica de la que dispones sobre la zona se da en las figuras 1 a 3 y en las
tablas 1, 2 y 3.
La tasa de infiltración se considera el 30% de la precipitación y la de escorrentía superficial el 30 %.
Por otro lado, el consorcio MADELSON con anterioridad a tu contratación ha hecho un estudio previo de la zona, y en
caso de necesitarse una presa, ha establecido cuatro posibles puntos para su localización. Estos puntos se muestran en
la figura 2, y las cuencas de recepción para cada unos de esos puntos se encuentran en la tabla 4.
Además, se tienen los siguientes datos relativos a la demanda de agua:
• Un campo de golf, con un consumo medio de 2.000 m3/día.
• Hotel de 2.000 camas, con un consumo medio de 1.000 l/cama-día.
• 1 centro comercial, con un consumo de 500 m3/día.
• 50 Ha de jardines, con una dotación de 6.000 m3/año-Ha.
• 1 industria papelera que consume 1,5 Hm3/año en agua de proceso

Los costes de diseño y explotación del sistema de abastecimiento anterior presentan la siguiente información.
1.- La inversión necesaria para construir una presa se estima en 300 € por cada 1.000 m3 de capacidad. El 90% de
la inversión se considera obra civil, el resto instalaciones y equipamiento. La vida útil de la obra civil se estima en 40
años, mientras que las instalaciones y equipamiento tienen una vida útil de 10 años.
2.- La inversión necesaria para construir un pozo depende del caudal medido en litros por segundo (l7s), a razón de
30.000 € por cada unidad (l/s).
El 60% de la inversión se considera obra civil, el resto instalaciones y equipamiento. La vida útil de la obra civil se
estima en 25 años, mientras que las instalaciones y equipamiento alcanzan 10 años.
3.- La construcción de las redes de transporte, ETAP, depósitos y de distribución para todos los servicios de diseño se
estima en 2.127.000 €. La vida útil de estas infraestructuras se estima en 25 años.
4.- La construcción de una EDAR con tratamiento terciario requiere una inversión de 2.000.000 €. El 70 % es inversión
en obra civil, que tiene una vida útil de 25 años, y el 30 % restante son instalaciones, cuya vida útil es de 15 años.
5.- Los costes de mantenimiento, conservación y explotación de cada infraestructura se cifran en los siguientes
(anuales):
•  Captación y embalse (presa): 5.000 € anuales.
•  Extracción (pozos): 30.000 € anuales.
•  Transporte, potabilización, depósito y distribución: 8.000 €anuales.
•  Depuración y regeneración: 16.000 € anuales.
La tasa de descuento es del 4%.

Tabla 1. Calidad química de las aguas continentales
MUESTRA
Materiales
acuíferos
C.E. (μS/
cm)
pH
HCO3
-
(mg/l)
NO3
-
(mg/l)
SO4
2-
(mg/l)
Cl-
(mg/l)
Ca2+
(mg/l)
Mg2+
(mg/l)
Na+
(mg/l)
K+
(mg/l)
As
(μg/l)
Pozo
calizas y
dolomías
292 7,92 48,78 60 92,76 6 17,29 17,96 3,52 1,43
11
Pozo
Limos,
arenas
yesos
1160 6,72 207,32 ND 627,8 26 267,7 25,23 7,14 13,6
4
Río
Anduin
río 657 6,93 198,2 ND 212,6 7,5 92,8 19,7 5,4 1,06
ND
MES TM ºC PM (mm) ETP (mm)
ENERO 12,83 93,958 25,20
FEBRERO 13,51 86,419 28,20
MARZO 14,73 56,763 41,44
ABRIL 16,95 46,612 59,73
MAYO 19,3 40,761 87,16
JUNIO 23,46 23,058 130,98
JULIO 25,8 9,471 161,12
AGOSTO 27,07 10,941 165,67
SEPTIEMBRE 24,5 37,821 119,28
OCTUBRE 20,63 86,877 77,69
NOVIEMBRE 16,56 89,733 42,82
DICIEMBRE 13,87 89,019 28,64
Tabla 2. Datos meteorológicos

Tabla 3. Escalones del aforo realizado en un pozo que aprovechaba el acuífero carbonatado.
Escalón Caudal (l/s) Descenso escalón
(m)
1 5 7
2 9 5
3 12 5
4 16 8
Tabla 4. Superficie de las cuencas de drenaje de las 4 posibles localizaciones de la presa.
Punto A Cuenca (km2)
1 10,5
2 8,5
3 7,2
4 9,7

Las tareas que te han encomendado son:
- La evaluación de las necesidades de agua para diferentes usos.
-  El diseño del sistema de abastecimiento: captación, potabilización y depuración (diagrama de flujo). Justifica
adecuadamente cada una de las propuestas planteadas.
-  Indicar, de manera esquemática, los tratamientos con los que debería contar el sistema de potabilización de agua, en
caso de necesitarse, así como los tratamientos necesarios para la depuración y reutilización de las aguas residuales
cuya calidad se muestra en la tabla 5.
Tabla 5. Composición de las aguas residuales generadas en Ithilien.
C.E. (μS/
cm)
pH
DQO
(mg/l)
DBO5
(mg/l)
TSS (mg/
l)
HCO3
-
(mg/l)
NO3
-(mg/
l)
PO4
3-
(mg/l)
Cl- (mg/l)
NH4
+ (mg/
l)
1843,00 7,69 65 16 165,20 397,72 0 7,17 250,48 25,32
- En el escenario considerado, ¿qué otro método de reutilización con beneficio añadido se podría plantear?
-  En caso de optar por la captación de aguas subterráneas hay que indicar: emplazamiento/s, método de perforación,
profundidad de la perforación y del primer filtro, dibujando un esquema constructivo del pozo.
-  En caso de que se requiera la construcción de un embalse, debes evaluar las opciones de localización planteadas por
MADELSON y seleccionar una de ellas. Esta selección debe ser justificada técnicamente. También debe indicarse el
volumen máximo de embalse y la altura del muro de la presa sobre cimientos de acuerdo a los valores facilitados en las
tablas 6, 7, 8 y 9.

Tabla 6. Volúmenes máximos de agua a embalsar y altura requerida de la presa para la localización 1.
Volumen embalsado (Hm3) 0,5 1,5 2 2,5 3 4
Altura de la presa (m) 2 5,5 7 8 9 10
Tabla 7. Volúmenes máximos de agua a embalsar y altura requerida de la presa para la localización 2.
Volumen embalsado (Hm3) 0,6 1 1,4 1,8 2,1 2,4
Altura de la presa (m) 25 30 35 42 50 65
Tabla 8. Capacidad de embalse y altura requerida de la presa para la localización 3.
Volumen embalsado (Hm3) 0,5 0,6 0,8 1,2 1,6 2,5

Tabla 9. Capacidad de embalse y altura requerida de la presa para la localización 3.
Volumen embalsado (Hm3) 0,4 0,6 0,9 1,3 1,8 2,4
- Determinar el coste de inversión para cada sistema de infraestructuras captación y extracción.
- Determinar el coste anual equivalente (CAE) total y por metro cúbico de:
§ Captación y embalse de aguas superficiales.
§ Extracción de aguas subterráneas.
§ Transporte y distribución de agua.
§ Depuración y regeneración.
§ Total del sistema.
En la zona en donde se va a ubicar la industria papelera, había un pequeño poblado de pescadores que ha sido desplazado,
y que como compensación hay que resolver la depuración de sus aguas residuales.
Debes de calcular la superficie necesaria para la instalación de un sistema de lagunaje completo que sea capaz de depurar
los efluentes generados por esta pequeña población. A continuación se ofrecen los datos de caudales y calidad de agua a
depurar:
Recuerda que es una población aislada y completamente independiente del proyecto inicial (no requiere su inclusión en el
diagrama de flujo, ni la evaluación de sus necesidades, ni determinación de costes, etc).
Qmedio = 33 m3/día

Analítica de la Calidad del agua del inﬂuente:
Parámetro Valor
pH 7,3
Cond (μ/cm) 2.800
TSS (mg/l) 350
DBO5 (mg/l) 500
DQO (mg/l) 700
NT (mg/l) 30
PO4
-2 (mg/l) 15
Tª media mínima
(ºC) 9

Criterios de diseño
Rendimientos de depuración (con respecto a calidad inicial)
Laguna Anaerobia (%) Laguna Facultativa (%) Laguna Maduración (%)
40 80 95
La Carga Orgánica superficial de entrada a la laguna de Maduración debe ser del 75% a la Carga orgánica establecida
en la Laguna Facultativa.
- Responder a las preguntas adjuntas.
1) ¿Cuál es la conversión normal de una desaladora de agua de mar por ósmosis inversa?.
a. 75 %
b. 90 %
c. 45 %
d. 25 %
2) Si el agua subterránea es correcta desde el punto de vista físico-químico, y sólo se detecta ocasionalmente
microbiología y algo de sólidos en suspensión, ¿qué tratamiento crees más adecuado para su tratamiento de
potabilización? Debes considerar la relación calidad/precio; elige aquel tratamiento más barato de inversión y
explotación que sea suficiente para garantizar la calidad.
a. una filtración en profundidad (p.e, sobre silex) y una desinfección
b. una ósmosis inversa
c. una evaporación
d. una decantación

POBLADO
CONSUMOS DE AGUA POTABLE CONSUMOS DE AGUA NO
AGUA NECESARIAMENTE POTABLE
RIEGO
m
3
/día 2000 camas (**) m
3
/día
2000 (1000 l-cama/día) 2000 jardines (50 Ha)
(*) 500 (1650 m
3
/día); marzo a septiembre
Centro comercial DEPURACION (183 días/año)
2.592 3.000 500 (500 m
3
/dia) 500 con tratamiento 500 PAPELERA 4.500 (183 días/año)
m
3
/día terciario (182 días/año) 1,64 Hm
3
/año 4.000 (182 días/año)
(3 pozos m
3
/día
Q = 10 L/s) (potabilizadora por 2.000 Campos de golf
filtración y desinfección) 0,73 Hm3/año
TOTAL
reutilización 2.500
TOTAL 2.500 m3
/día
408
m
3
/día
Agua sin potabilización
TOTAL AGUA 4.908 m3
/día (183 d)
SUPERFICIAL 4.408 m3
/día (182 d) (*) suponemos en todos los tratamientos (potabilización y depuración) que el caudal de entrada es igual al de salida
(**) suponemos que no hay pérdidas y que el volumen de agua potable usada es igual al volumen de agua residual a tratar y a la reutilizada
Vol. Embasle: 1,70 Hm3
m
3
/día (EL AGUA DE LA PAPELERA
SE REUTILIZA PARA RIEGO DE LA
ALFALFA Y LOS CAMPOS DE
JUEGO) (¿% consumo papelera?
AGUAS
SUBTERRÁNEAS
POTABILIZADORA
AGUA
POTABLE
AGUAS
SUPERFICIALES

CONSUMOS AGUA
consumo m
3
/dia Hm
3
/año
hotel 2000 camas 1 0,73
campo golf 1 2.000 0,73
papelera 1 4.500 1,64
cedntro comercial 1 500 0,18
jardines (183 d) 50 hectáreas 1.650 0,30
TOTAL 3,59
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
caudal (l/s)
descenso(m)
Q-d
Caudal explotación: 10,00 L/s 0,32 Hm
3
/año
Profundidad: 200-250 m
Profundidad 1º filtro : 50 - 60 m
Nº de pozos necesarios: 3 0,95 Hm
3
/año
POZO TIPO:
PUNTO CUENCA (Km
2
) APORTACIÓN (Hm
3
/año)
1 10,5 2,11
Más cota 2 8,5 1,71
Más cota 3 7,2 1,45
4 9,7 1,95
Escorrentía: 30 % P
Recursos superficiales 1,70 Hm
3
/año
Recursos subterráneos 0,95 Hm
3
/año
reutilización 0,94 Hm
3
/año

Unidades (1000 m3
) Precio por ud
Capacidad 1,71 Hm3 1.500 300
Coste Inversión: 450.000
Obra Civil 405.000
Equipamiento 45.000
nº pozos Unidades (l/s) Precio por ud
Caudal 3 10 30.000
Coste Inversión: 900.000
Obra Civil 540.000
Equipamiento 360.000
Coste Inversión: 2.127.000 2.127.000
Obra Civil 2.127.000
Equipamiento 0
Unidades (l/s) Precio por ud
Coste Inversión: 2.000.000 2.000.000
Equipamiento 600.000
Inversión Total 5.477.000
Equipamiento 1.005.000
Presa
Pozos
Distribución
EDAR
Presa 5.000
Pozos 15.000
Distribución 8.000
EDAR 16.000
TOTAL 44.000
Obra Civil Equipamiento TOTAL
Presa 23.602,66 5.827,71 29.430,36
Pozos 38.314,33 46.621,65 84.935,97
Distribución 150.915,88 0,00 150.915,88
EDAR 99.333,44 57.805,37 157.138,81
TOTAL 312.166,30 110.254,73 422.421,02
Coste total anual O&M CAE Inversión TOTAL
Presa 5.000,00 29.430,36 34.430,36
Pozos 15.000,00 84.935,97 99.935,97
Distribución 8.000,00 150.915,88 158.915,88
EDAR 16.000,00 157.138,81 173.138,81
TOTAL 44.000,00 422.421,02 466.421,02
Costes O&M
CAE Inversión

1 Determinar el coste de inversión para cada sistema de infraestructuras de captación y extracción
O&M CAE Inversión TOTAL
Respuesta Presa 5.000,00 29.430,36 34.430,36
Pozos 15.000,00 84.935,97 99.935,97
2 Determinar el coste anual equivalente (CAE) y total
Respuesta O&M CAE Inversión TOTAL
Presa 5.000,00 29.430,36 34.430,36
Pozos 15.000,00 84.935,97 99.935,97
Distribución 8.000,00 150.915,88 158.915,88
EDAR 16.000,00 157.138,81 173.138,81
TOTAL 44.000,00 422.421,02 466.421,02
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