pflantrag

Eliud D. Cruz Leal, Laura G. Hernández González, Luís Alberto Reyes Aguilar, Jesús del Carmen León de la Cruz

El Pflantrag 1 contribuye a la conservación de la atmósfera puesto que no utiliza algún tipo de hidrocarburo para la generación de energía, el Pflantrag 1 es un sistema automatizado que opera con energía mecánica provocada por el esfuerzo humano, para la obtención de agua potable. Este, esta diseñado con cuatro dispositivos empleados para el proceso de potabilización mediante la transportación, dosificación de reactivos, sedimentación y floculación, para finalmente desodorizar el agua y sea destinada al consumo humano.

En el se hace pasar agua cruda por medio de una bomba mecánica accionada por el esfuerzo humano, entrando a un dispositivo sedimentador-floculador donde previamente se adicionan reactivos específicos para finalmente guiarlos hacia un sistema de filtración donde sale como agua potable.

Con estas estrategias se pretenden aumentar el índice de habilidades innovadoras y creativas de la Comunidad Tecnológica y Desarrollar tecnologías que apoyen el desarrollo armónico de la región pretendiendo ser un catalizador para crear individuos comprometidos con el Tecnológico y con la comunidad.

Tecnológico de Villahermosa deberá ser percibido como una universidad que no sólo se preocupa por el desarrollo científico sino también por el de la comunidad.

Eliud D. Cruz Leal, Laura G. Hernández González, Luís Alberto Reyes Aguilar, Jesús del Carmen León de la Cruz

El agua en las comunidades y municipios se utiliza con varias finalidades: para satisfacer las necesidades domésticas, agrícolas e industriales y como medio de transporte del destino final de sus residuos. Las aguas residuales generadas en una comunidad o municipio son la mezcla de aguas negras de origen sanitario y de aguas superficiales o de lluvia con o sin desechos de industrias. Estas aguas residuales son fundamentalmente aguas de abastecimientos de la población después de haber sido impurificadas por diversos usos. Es necesario recurrir a un sistema de tratamiento para estas aguas antes de su disposición final y deben de ser conducidas en última instancia a cuerpos de agua receptores o al mismo terreno en comunidades que así se requiera.

Debido al crecimiento poblacional ha ido incrementándose el problema de abastecimiento de agua. Aproximadamente más de mil millones de personas en todo el mundo no tienen acceso a agua potable. Se estima que para el fin del siglo, un 80% de los habitantes urbanos de la Tierra puede que no dispongan de suministros adecuados de agua potable. Aproximadamente existe un .008% de agua dulce en el planeta; este porcentaje es repartido de la siguiente manera, un 70% se destina a la agricultura, el 23% a la industrial y solo el 8% se destinan al consumo doméstico.

Estos tres rubros a su vez descargan un índice significativo de aguas negras o aguas residuales. La cantidad de estas aguas varía de acuerdo al tamaño de población. Por ejemplo una zona residencial puede generar 160 lts. por persona al día; mientras que una población industrial genera aproximadamente 800 lts. o más por persona al día.

El tratamiento de las aguas residuales es el conjunto de recursos por medio de los cuales es posible verificar las diferentes etapas que tienen lugar en la autopurificación de una corriente, dentro de un área limitada y apartada y bajo condiciones controladas.

A lo largo de los años, se han desarrollado una gran variedad de métodos para el tratamiento del agua residual. En muchos casos, se combinan varios procesos dependiendo de la calidad del agua residual que se va a tratar y de las características que deba a tener al final del tratamiento. El principal objetivo del tratamiento es producir un efluente que pueda ser descargado sin causar daños al medio ambiente. Estos contaminantes pueden ser eliminados por medios físicos, químicos o biológicos.

A pesar de que son muchos los métodos usados para el tratamiento para las aguas residuales, todos pueden incluirse dentro de los cinco procesos siguientes: 1. Tratamiento preliminar, 2. Tratamiento primario, 3. Tratamiento secundario, 4. Cloración, 5. Tratamiento de los lodos.

El agua desempeña un a función muy importante en nuestro entorno, ya que sirve como hábitat biológico y reserva genética.

Todas las aguas naturales contienen varios contaminantes que provienen de la erosión, la lixiviación y los procesos de la intemperie. A esta contaminación natural, se agrega aquella causada por aguas residuales de origen doméstico o industrial, que se pueden disponer de varias maneras, por ejemplo, en el mar, en la tierra, en estratos subterráneos o, más comúnmente en aguas superficiales.

Cualquier cuerpo de agua es capas de asimilar cierta cantidad de contaminación sin efectos serios, debido a los factores de dilución y autopurificación que están presentes. Esta autopurificación consiste en lo siguiente; cuando se descargan aguas negras en una corriente, continúan la degradación y la descomposición hasta completarse. Una corriente dada en un punto dado tenderá a volver a un estado similar al de antes de la contaminación, como resultado de la descomposición de la materia orgánica contaminante. El proceso de autopurificación depende del tiempo, la temperatura, del abastecimiento de oxígeno y de otros factores ambientales que regulan los desarrollos biológicos.

Alrededor de 1999 diferentes entidades del país fueron declaradas como zonas de desastres, debido a las fuertes lluvias. Estas han sido las precipitaciones pluviales más altas registradas en los ultimos10 años, causando el desbordamiento de presas, ríos y lagunas cercanas. Puebla, Oaxaca, Veracruz, Hidalgo y Tabasco principalmente fueron las entidades más afectadas. Las lluvias dejaron a su pasó mas de 80 muertos y 91 mil 500 damnificados en el estado de tabasco, según los reportes publicados por el diario “La Jornada” el 11 de Octubre de 1999.

Las enfermedades, como el cólera, agravaron la situación de los damnificados en el estado, debido al insuficiente abastecimiento de agua potable, puesto que los sistemas de agua potable y alcantarillado no estaban diseñados para esta situación. De esta manera el gobierno federal comenzó la tarea de implementar sistemas potabilizadores de aguas (móviles) cuyo objetivo principal es disminuir el índice de estas enfermedades. A principios del año 2005 el gobierno dio apoyo a los países afectados por el Tsunami proporcionando 20 plantas móviles automatizadas que funcionan por medio de un generador de energía eléctrica de combustión interna, cuyo costo de construcción y operación es demasiado elevado.

A raíz de esto nos dimos a la tarea de diseñar una planta potabilizadora de agua (móvil) automatizada donde su costo de construcción, operación y mantenimiento este al alcance de la población y sea de fácil adquisición en el mercado, cuya operación, instalación y mantenimiento sea de uso practico para el consumidor, donde la fuente principal de energía para accionar este mecanismo sea el esfuerzo humano para no utilizar algún tipo de hidrocarburo o algún sistema de energía eléctrica, y así, reduciendo a su vez el índice de contaminantes atmosféricos.

Tener un dispositivo móvil de potabilización de agua para satisfacer la demanda de pequeñas comunidades en caso de presentarse una contingencia ambiental (precipitaciones pluviales), así como aquellas que no cuentan con un servicio adecuado.

Estudiar el grado de remoción de SST y DBO, bajo diversas condiciones de operación.

Cumplir con los criterios establecidos en la norma oficial NOM-001-ECOL-1996. Que establece los límites máximos permisibles de contaminantes básicos para los diferentes rubros.

El Pflantrag 1 es el nombre de la planta móvil potabilizadora de agua, es la contracción de la palabra alemana Pflanzen Tragbar, que significa Planta Portátil.

EL Pflantrag 1 contribuye a la conservación de la atmósfera puesto que no utiliza algún tipo de hidrocarburo para la generación de energía, el Pflantrag 1 es un sistema automatizado que opera con energía mecánica provocada por el esfuerzo humano, para la obtención de agua potable. Este, esta diseñado con cuatro dispositivos empleados para el proceso de potabilización mediante la transportación, dosificación de reactivos, sedimentación y floculación, para finalmente desodorizar el agua y sea destinada al consumo humano.

Es una bomba manual para la extracción de agua desde un pozo u otra fuente hasta la superficie o nivel deseado, con un mínimo de Constituye una tecnología apropiada para Cuba y los países del Sur por su bajo costo, sencillez, eficiencia y, sobre todo, porque su fabricación, instalación, mantenimiento y explotación pueden ser asumidos por las comunidades mediante sus propios recursos. El equipo se utiliza para el abasto de agua a la población y la ganadería, y para el riego a pequeña escala, fundamentalmente en zonas rurales y peri urbanas, aunque se utiliza con aceptación en las ciudades con deficiente suministro de agua. La bomba de soga sustituye la energía convencional, protege el medio ambiente y contribuye a lograr un desarrollo sostenible. Esta tecnología se conoce, según las traducciones en los diferentes idiomas occidentales, como bomba de cuerda. En América Latina se adoptó la palabra cuerda según las tradiciones locales: bomba de mecate, en Nicaragua; bomba de lazo, en Guatemala; bomba de soga, en Perú y Cuba; etc.

Como antes mencionamos, la bomba de soga, es una bomba manual para el transporte de agua desde un pozo u otra fuente de abastecimiento hasta la superficie o nivel deseado, con un mínimo de esfuerzo físico.

La bomba de soga constituye un circuito cerrado entre la fuente de agua y la superficie o nivel deseado, mediante una soga sin fin en la que se disponen pistones de goma u otro material, a intervalos determinados. La soga asciende por un tubo de subida, pasa por una polea motriz y baja libre hasta la fuente de agua. En la parte inferior se coloca una guía que facilita la entrada de la soga y los pistones en el tubo de subida. Entre los pistones y el diámetro interior del tubo de subida, generalmente de PVC, existe una holgura mínima para disminuir el desgaste de los pistones y el interior del tubo, el cual es irregular en dimensiones y rugosidad superficial.

Los pistones se mueven en una sola dirección y, cuando llegan arriba, el agua bombeada se desvía hacia el usuario. Al accionar la polea motriz, los pistones que ascienden por dentro de la tubería empujan la columna de agua hacia arriba por su parte superior, y succionan otra columna de agua por debajo.

En particular, prevemos un diseño que integre elementos concebidos en las comunidades a partir de los procesos de soldadura, fundición y otros, que permitan disminuir los costos y facilitar la ínter cambiabilidad de sus componentes:1. Soga., 2. Pistones., 3. Polea motriz., 4. Guía inferior., 5. Tubería de subida., 6. Tubería de descarga., 7. Pozo.

El equipo tiene un alto rendimiento y bombea grandes caudales: desde 2 L/s a una profundidad de 5 m. La bomba permite su utilización de forma intensiva.

Además de su fácil construcción, operación y mantenimiento, la bomba de soga se caracteriza por su gran adaptabilidad, porque puede instalarse en pozos con profundidades mayores de 40 m, permite bombear agua más arriba del nivel del suelo, y puede ser accionada manualmente. La eficiencia de la bomba de soga alcanza más de 80 % (prácticamente más del doble de otras bombas manuales) y su costo es de 2 a 3 veces menor que las de émbolo. *El mantenimiento y la reparación son sencillos, basados fundamentalmente en el cambio de la soga, los pistones y pintura, como mínimo a los dos años de explotación.

La dosificación es uno de los parámetros más importantes en el control de tratamiento de procesos potabilizadores de aguas, consiste en la adición de sustancias químicas para llevar acabo la remoción de agentes contaminantes provocando la coagulación de estos y seguida de una floculación de los mismos.

La coagulación-Floculación son dos procesos esencialmente diferentes puesto que en el primero se adicionan las sustancias químicas y en el segundo ocurre por efectos puramente físicos.

Mediante la Coagulación-Floculación se remueve del 80 al 90% del total de la materia suspendida, del 40 al 70& de DBO, del 30 al 60% de DQO y del 80 al 90% de bacterias, con respecto a la cantidad de sólidos coloidales presentes en el agua cruda (ríos, lagunas, estanques, residuales, etc.)

Para que la remoción de contaminantes se lleve a cabo satisfactoriamente es necesario tener un control de la cantidad de agentes químicos que se tienen que aplicar. La dosificación es uno de los parámetros más importantes en el control del tratamiento. El caudal de solución q puede calcularse para diferentes condiciones de concentración, caudal o dosis con la siguiente ecuación:

Para la construcción de la planta móvil de tratamiento de agua fue necesario construir un Sedimentador-Floculador capaz de operar a un flujo de 3600 lts/hr cuya velocidad sea de 0.6 m/s, tomando en cuenta que este a su vez, fuese de manera compacta y de fácil transportación. De acuerdo con los criterios de operación se llego a la conclusión de diseñar este dispositivo con un área de 1 m² cuya altura es de 0.80 m, el volumen total de esta tanque es de 0.80 m³, con un tiempo de retención de 2.22 hrs. Este tanque sedimentador-Floculador a su vez, cuenta en su interior con un arreglo de tres deflectores los cuales forman una serie de 6 depósitos de forma escalonada con el fin de aumentar el tiempo de retención y con esto tener una optima remoción de sólidos suspendidos y coloidales. El gasto entrara al dispositivo sedimentador-floculador por medio de una tubería de 2in; el gasto será receptado en el primer deposito el cual tardara .34hr. en llenarse, lo equivalente a 20min. Este mismo procedimiento será realizado en los otros depósitos subsecuentes.

Hablando de DBO tenemos una concentración inicial de 220 mg/lt, lo que equivale a .792kg/s; esta cantidad se obtiene multiplicando la concentración por el gasto inicial y después por el factor de conversión. El sedimentador-floculador tiene la capacidad de remover del 80 al 90% de materia suspendida (SST) y del 40 al 70% de DBO. Teniendo como eficiencias de diseño el 85% de remoción con respecto a SST y el 55% de DBO. Obteniendo así un efluente con una concentración de 33mg/lt de SST y DBO.

Tabla 4.4.3. Especificaciones de diseño para los diferentes depósitos contenidos en el tanque.

No. de deposito	Volumen		Tiempo de retención
No. de deposito	m³	lt.	Horas	Minutos
1	.1225	122.5	.34	20
2	.105	105	.29	17
3	.0875	87.5	.24	14
4	.07	70	.19	11
5	.0525	52.5	.14	8
6	.0525	52.5	.14	8

El influente tendrá una concentración de 220mg/lt, que corresponden a SST; por lo tanto entrarán al sistema un flujo másico de .792kg/s. Se obtiene la cantidad anterior mediante lo siguiente:

220 mg	3600 lt	1 gr	1 kg
lt	s	1000 mg	1000 gr

A continuación se hará la descripción del tipo de filtro que utilizaremos en la planta móvil de

tratamiento; el cual consiste en un filtro de lecho.

Este tipo es útil principalmente en casos en los que pequeñas cantidades relativas de sólidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia, las capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como medio de filtración real. El agua se introduce en la parte alta de del lecho sobre un deflector que dispersa el agua. El líquido clarificado se extrae de la parte inferior.

La filtración continua hasta que el precipitado, esto es, las partículas filtradas obstruyen el lecho de arena y la velocidad de flujo resulta demasiado baja. Entonces se suspende el flujo y se introduce agua en dirección contraria, con el fin de lavar el filtro y arrastrar el sólido. Esta clase de filtro solo se puede utilizar con precipitado que no se adhiera con firmeza a la arena y que se desprende con facilidad aplicando un retrolavado.

En esta etapa del proyecto sólo se diseño la planta móvil potabilizadora de agua (PFLANTRAG 1); el cual tiene como fin remover un 85% de materia suspendida y de DBO, mediante la utilización de un sedimentador-floculador y de un arreglo de 4 filtros.

Para que el sedimentador-floculador remueva cierta cantidad de materia sólida contenida en el agua es necesario agregar al influente reactivos que ayuden y aceleren la sedimentación y la floculación formando así agregados sólidos los cuales serán removidos manualmente cada 4 hr.

El proceso de filtración está regido por cuatro filtros que tienen un arreglo de tal manera que pase el influente por dos filtros de arena y posteriormente a dos filtros de carbón activado, obteniendo así un efluente libre de olores, de color y de bacterias patógenas.

El PG - 1 nos ofrece bajos costos de construcción, operación y de mantenimiento, ya que el material para sus construcción de fácil obtención con costos populares, la operación es automatizada por medio de energía mecánica resultado del esfuerzo humano, el mantenimiento es manual por lo que no se necesita maquinaria o el apoyo de algunos servicios auxiliares.

El PFLANTRAG 1 es un dispositivo de potabilización de agua, que en su diseño cumple con la NOM-001-ECOL-1996 (limites máximos permisibles de contaminantes para aguas de consumo humano. Es de confiable operación, mantenimiento y segura transportación. Ayuda a controlar la contaminación atmosférica ya que no utiliza hidrocarburos como fuente de energía.