Informe de Diseño de Planta

“REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO EL SALTO”

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TRABAJO FINAL DE TRATAMIENTO DE AGUA 2011

CONTENIDO

RESUMEN....................................................................................................................................2

INTRODUCCION.........................................................................................................................3

OBJETIVOS..................................................................................................................................4

OBJETIVO GENERAL.............................................................................................................4

OBJETIVOS ESPECIFICOS.....................................................................................................4

MARCO REFERENCIAL.............................................................................................................5

METODOLOGIA........................................................................................................................15

RESULTADOS Y DISCUSION.................................................................................................15

PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN FASE 1......................................................................15

DISEÑO DE UNIDADES DE TRATAMIENTO FASE 1......................................................16

PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN FASE 2......................................................................21

DISEÑO DE UNIDADES DE TRATAMIENTO FASE 2......................................................22

BALANCE A LA ENTRADA Y SALIDA DE CADA UNIDAD DE TRATAMIENTO.......27

CONCLUSIONES...................................................................................................................29

RECOMENDACIONES..........................................................................................................29

BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................................30

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RESUMEN

El trabajo consistió en el rediseño de la planta de tratamiento “El Salto” que abastecerá de agua de consumo humano a la población de la comunidad “Las Sabanas”, ubicado en el departamento de Madriz. La cantidad aproximada de beneficiarios se estima en 142.000 habitantes al término de 25 años, correspondiendo el 18.5% a menores de 5 años, grupo etario donde repercuten mayormente los fenómenos de morbi-mortalidad derivados de una mala calidad del agua de consumo humano. Para la proyección de la población se tomó una tasa geométrica de crecimiento del 3.5%.

La comunidad será abastecida por aguas superficiales, específicamente el rio Tapacali (constituye la parte alta del Río Coco), el cual tiene una capacidad de 3.2 m3/s.

Se prevé la ejecución del proyecto en dos fases, la primera iniciara en el año 2012 y la segunda al inicio del año 2025. Para la ejecución de ambas fases del proyecto hemos realizado los estudios técnicos descritos a continuación:

1. Diseño de cámaras desarenadoras,2. Dimensionamiento de sección de mezclado rápido, 3. Diseño de un sistema de floculadores,4. Diseño de sedimentadores, filtros rápidos y tanque de almacenamiento,5. Calculo de dosis de cloro para desinfección del agua

El sistema de tratamiento o tren de tratamiento a utilizar es de tipo convencional, donde se utiliza un desarenador para retener la mayor cantidad de arena posible, luego una sección donde se añadirá un coagulante (Sulfato de Aluminio) para que pase a un sistema de floculación donde se formarán flóculos para luego ser asentados en la cámara de sedimentadores. Luego el agua pasará por un sistema de filtros rápidos y finalmente se desinfectará utilizando cloro para luego ser distribuido a la población.

Una vez concluida estas acciones se espera garantizar el abastecimiento de agua potable a la población actual y a la proyectada que exista para el año 2037, si las condiciones económicas, financieras, políticas y de gobernabilidad lo permiten.

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INTRODUCCION

“Las enfermedades relacionadas con la contaminación del agua de consumo tienen una gran repercusión en la salud de las personas. Las medidas destinadas a mejorar la calidad del agua de consumo proporcionan beneficios significativos para la salud”1.

El agua es esencial para la vida y todas las personas deben disponer de un suministro satisfactorio (suficiente, inocuo y accesible). La mejora del acceso al agua potable puede proporcionar beneficios tangibles para la salud. Debe realizarse el máximo esfuerzo para lograr que la inocuidad del agua de consumo sea la mayor posible.

La comunidad de Las Sabanas del departamento de Madriz, se ubica a 262 km de Managua (capital de Nicaragua) y a 24 km de Somoto (cabecera departamental de Madriz). Limita al Norte con el municipio de San Lucas; al Sur con el municipio de San José Cusmapa; al Este con el municipio Pueblo Nuevo, y; al Oeste con la República de Honduras.

El clima cambia en función de la altitud: tipo tropical seco en las zonas bajas, y tropical húmedo en las partes más elevadas y montañosas; la temperatura varía entre los 26º y 30º C y el nivel de las precipitaciones medias anuales oscilan entre 1,200 y 1,400 mm³. Las fuentes de agua de ríos son El Tule, Tapacalí (constituye la parte alta del Río Coco), Inalí, Quebrada Honda y el Caracol.

La comunidad de Las Sabanas cuenta con una población de 60.000 habitantes. El 48.36% de la población es femenina y el 51.64% masculina; tratándose, en general, de una población joven donde el 48.41% de la misma es menor de 15 años. La esperanza de vida de la población ronda los 69.5 años.

1 Guías para la calidad del agua potable , volumen 1, Organización Mundial de la Salud.

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Figura 1. Distribución de la población por grupos de edad


La base de la economía en Las Sabanas es la producción agropecuaria, principalmente el cultivo de granos básicos: (maíz, fríjol y sorgo) para autoconsumo principalmente, y café. La crianza de ganado mayor en pequeña escala es una actividad de carácter secundario comparada con la agricultura y está dirigida fundamentalmente al consumo interno. La crianza de aves y ganado porcino representa también una alternativa importante generalmente desarrollada por mujeres.

Las enfermedades más recurrentes en la comunidad son: infecciones respiratorias agudas, enfermedades diarreicas agudas e infecciones en las vías urinarias, seguidos de parasitosis intestinal, hipertensión arterial, piodermosis, problemas dentales y desnutrición. De manera esporádica se presentan casos de cólera, dengue y malaria. Como se puede ver muchas de las enfermedades que afectan la comunidad están o pueden estar directamente relacionadas con la mala calidad que posee el agua potable.

El 93% de las viviendas carece del servicio de agua por cañería. La calidad del agua del 7% restante tiene una mala calidad ya que el sistema que posee actualmente (filtro rápido y desinfección) no llega a eliminar todas las impurezas y parámetros que hacen que el agua se considere potable. Por lo que es necesario rediseñar el tren de tratamiento de potabilización del agua cruda.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Proponer y Rediseñar el tren de tratamiento de la planta “El Salto” ubicado en la comunidad de “Las Sabanas”.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Mejorar la calidad del agua mediante la incorporación de nuevas unidades de tratamiento de agua cruda (rejillas, desarenador, coagulación, floculación, sedimentación).

Optimizar el sistema de filtros rápidos de arena que posee la planta, añadiendo nuevas capas filtrantes.

Calcular la dosis necesaria de cloro para el tratamiento de desinfección del agua cruda.

Determinar los parámetros organolépticos, bacteriológicos y físico-químicos del agua clara luego del sistema de tratamiento propuesto.

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MARCO REFERENCIAL

Tipos de Contaminantes, fuentes y sus efectos en el medio.

La gran mayoría de los problemas de salud relacionados de forma evidente con el agua se deben a la contaminación por microorganismos (bacterias, virus, protozoos u otros organismos). No obstante, existe un número considerable de problemas graves de salud que pueden producirse como consecuencia de la contaminación química del agua de consumo.

Los mayores riesgos microbianos son los derivados del consumo de agua contaminada con excrementos humanos o animales (incluidos los de las aves). Los excrementos pueden ser fuente de patógenos, como bacterias, virus, protozoos y helmintos.

Los patógenos fecales son los que más preocupan a la hora de fijar metas de protección de la salud relativas a la inocuidad microbiana. Se producen con frecuencia variaciones acusadas y bruscas de la calidad microbiológica del agua. Pueden producirse aumentos repentinos de la concentración de patógenos que pueden aumentar considerablemente el riesgo de enfermedades y pueden desencadenar brotes de enfermedades transmitidas por el agua. Además, pueden exponerse a la enfermedad numerosas personas antes de que se detecte la contaminación microbiana. Por estos motivos, para garantizar la inocuidad microbiana del agua de consumo no puede confiarse únicamente en la realización de análisis del producto final, incluso si se realizan con frecuencia.

Los problemas ambientales son generados por actividades, procesos o comportamientos humanos, que trastornan el entorno y ocasionan impactos negativos sobre el ambiente, la economía y la sociedad, cuyos efectos en el mediano y largo plazo ponen en riesgo la biodiversidad y la calidad de vida de toda la humanidad.

Estos impactos generados son por medio algunas actividades en el medio que generan contaminantes. Dado que los contaminantes del agua pueden provenir de una variedad de fuentes, es importante tener marcadores de contaminación del agua que sean indicativos de fuentes. Algunos herbicidas pueden servir como marcadores de la escorrentía agrícola. Tradicionalmente se usas las baterías fecales coliformes provenientes de fuentes domésticas, como marcadores de contaminación microbiana o viral. Los contaminantes generales pueden agruparse según como lo muestra la tabla No.1.

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TIPO DE CONTAMINANTE IMPACTOElementos Traza Salud, biota acuática, toxicidadMetales Pesados Salud, biota acuática, toxicidadMetales enlazados orgánicamente Transporte de metalesRadionúclidos ToxicidadContaminantes inorgánicos Toxicidad, biota acuáticaAsbesto Salud humanaNutrientes de algas EutrofizaciónSustancias que dan acidez, alcalinidad y salinidad en exceso

Calidad del agua, vida acuática

Contaminantes orgánicos traza ToxicidadMedicamentos, anticonceptivos, etc. Calidad del agua, vida acuáticaBifenilos policlorados Posibles efectos biológicosPlaguicidas Toxicidad, biota acuática, faunaResiduos de petróleo Efectos en la faunaAlcantarillado, residuos humanos y de animales

Calidad del agua, niveles de oxígeno

Materia orgánica medida como DBO Calidad del agua, niveles de oxígenoPatógenos Efectos en la saludDetergentes Eutrofización, fauna, contaminación visualCompuestos carninógenos Incidencia de cáncerSedimentos Calidad del agua, vida acuática y fauna

Sustancias que dan sabor, olor y colorCalidad del agua, vida acuática y contaminación visual

Tabla No.1, Tipo generales de contaminantes del agua.

Elemento traza o vestigial2 es un término que se refiere a aquellos elementos que existen a niveles muy bajos, de unas partes por millón o menos, en un sistema dado. El término sustancia traza es más general y se aplica tanto a elementos como a compuestos químicos. En la tabla No.2 se resumen los elementos trazas más importantes que se han encontrado en las aguas naturales.

ELEMENTO FUENTESEFECTOS E

IMPORTANCIA

ArsénicoSubproductos mineros, residuales químicos

Tóxico, cancerígeno

Berilio Carbón, residuos industriales Tóxico

BoroCarbón, detergentes, residuos líquidos

Tóxico

CobreRecubrimientos metálicos, minería, residuos industriales

Tóxico para las plantas y algas a niveles altos

2Stanley y Manahan.2006

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Flúor Fuentes geológicas naturalesPreviene la caída de los dientes. Tóxico a niveles superiores

HierroResiduos industriales, corrosión, agua ácida de minas

Nutriente esencias, daña las piezas sanitarias formando manchas

ManganesoResiduos industriales, corrosión, agua ácida de minas

Tóxico a las plantas, daña las piezas sanitarias formando manchas

MercurioResiduos industriales, minería y carbón

Tóxico, se moviliza como compuestos metilados de mercurio por bacterias anaerobias

MolibdenoResiduos industriales, fuentes naturales

Esencial para las plantas, tóxico para los animales

PlomoResiduos industriales, minería y combustibles

Tóxico, daña la fauna

Yodo Residuos industriales Previene el bocio

Selenio Fuentes naturales, carbónEsencial a bajos niveles, tóxico a niveles superiores

ZincResiduos industriales, recubrimientos de metales

Elemento esencial, tóxico para las plantas a altos niveles

Tabla No.2, Elementos traza importante en el agua.

Éste es el comportamiento típico para muchas sustancias en el ambiente acuático, que es un punto que debe tenerse presente al juzgar si un elemento particular es beneficioso o perjudicial.

Los riesgos para la salud asociados a los componentes químicos del agua de consumo son distintos de los asociados a la contaminación microbiana y se deben principalmente a la capacidad de los componentes químicos de producir efectos adversos sobre la salud tras periodos de exposición prolongados. Pocos componentes químicos del agua pueden ocasionar problemas de salud como resultado de una exposición única, excepto en el caso de una contaminación masiva accidental de una fuente de abastecimiento de agua de consumo. Además, la experiencia demuestra que en muchos incidentes de este tipo, aunque no en todos, el agua se hace imbebible, por su gusto, olor o aspecto inaceptables.

En situaciones en las que no es probable que una exposición de corta duración perjudique la salud, suele ser más eficaz concentrar los recursos disponibles para medidas correctoras en la detección y eliminación de la fuente de contaminación que en instalar un sistema caro de tratamiento del agua de consumo para la eliminación del componente químico.

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Tipos de Tratamientos

Las aguas residuales pueden ser tratadas de diversas maneras con el fin de reducir los niveles de contaminantes presente. Por lo general, los métodos de tratamiento empleados para lograr esta remoción se denominan procesos unitarios3. Los diversos tipos de tratamiento pueden clasificarse según la tabla No.3, cada uno de ellos remueve contaminantes con características propias y puede ser logrado a partir de una serie de procesos unitarios particulares

NIVEL DE TRATAMIENTO

DESCRIPCIÓN PROCESOS UNITARIOS

Preliminar

Remoción de sólidos gruesos como telas, plásticos, arenas , grasas que pueden causar problemas operacionales en subsecuentes

unidades de tratamientos

Rejas y barrasDesarenadoresMaceradores

PrimarioAdición de compuestos químicos y/o

filtración con el fin de lograr la remoción mejorada de sólidos suspendidos

Tanques de sedimentación primariaFlotación

Primario Avanzado

Adición de compuestos químicos y/o filtración con el fin de lograr remoción

mejorada de sólidos suspendidos y material orgánico del agua residual y material

orgánico del agua residual

Tanques de sedimentaciónFlotación

Coagulación y floculación

Secundario

Remoción de materia orgánica biodegradable soluble y en suspensión, y de sólidos suspendidos. Por lo general también se lleva cabo desinfección en el tratamiento

secundario convencional

Lodos activadosZanjas de oxidación

Filtros biológicosSistemas de anaerobios de

crecimiento.Lagunas aireadas y de

estabilización

Tabla No.3, Niveles de tratamientos de aguas residuales.

Los desarenadores son estructuras hidráulicas para remover la arena del agua captada para un sistema de aprovechamiento.

Los factores a tener en cuenta en el análisis y el diseño de un desarenador son la temperatura, la viscosidad del agua, el tamaño de las partículas de arena a remover, la velocidad de sedimentation de la partícula y el porcentaje de remoción deseado.

3 Ramírez, Mendoza2005.

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Si el agua contiene sólidos en suspensión, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para eliminar gran parte del material. En la coagulación, se agrega una sustancia al agua para cambiar el comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las otras o hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante.

El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en contacto recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un coagulante que se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del agua. Los coagulantes naturales incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos de arcilla tales como la bentonita.

Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otro parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.

La sedimentación es una operación unitaria dentro de los procesos de tratamiento de aguas que tiene como finalidad el remover los sólidos suspendidos que el agua pueda contener.

Los sólidos en suspensión sedimentables son aquellos que por acción de la gravedad se separan del seno del líquido y son arrastrados hacia el fondo del tanque sedimentador, donde pueden ser separados del agua a la cual se desea darle tratamiento para remoción de dichas partículas.

Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de medios granulares (p.ej., arena) que retiran los contaminantes. Su eficacia varía grandemente, pero estos sistemas se pueden utilizar para corregir problemas de turbidez y color, así también como tratamiento para eliminar Giardia y Criptosporidium, bacterias y virus.

Determinación de los factores de peligro

Pueden introducirse agentes peligrosos durante el tratamiento, o bien pueden producirse circunstancias peligrosas que permitan que concentraciones significativas de contaminantes resistan el tratamiento. En el proceso de tratamiento pueden introducirse en el agua de consumo componentes como los aditivos químicos utilizados o productos en contacto con el agua.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Agua


La elevada turbidez esporádica del agua de origen puede saturar los procesos de tratamiento, permitiendo la contaminación del agua tratada y del sistema de distribución con patógenos entéricos. De forma similar, la filtración deficiente tras la descolmatación de los filtros puede ocasionar la introducción de agentes patógenos en el sistema de distribución.

Los siguientes son algunos de los factores de peligro y sucesos peligrosos que pueden afectar al rendimiento del tratamiento del agua de consumo:

Variaciones del caudal que superan los límites de diseño; Operaciones de tratamiento, incluida la desinfección, inadecuadas o insuficientes; Medios de reserva insuficientes (infraestructuras, personal); Averías y funcionamiento deficiente de los sistemas de control de las operaciones o

escasa fiabilidad de los equipos; Uso de sustancias y materiales para el tratamiento del agua no autorizados o

contaminados; Errores en la dosificación de sustancias químicas; Mezclado insuficiente; Averías de las alarmas o de los equipos de monitoreo; Cortes del suministro eléctrico; Contaminación accidental o deliberada; Catástrofes naturales; Conexiones cruzadas con aguas contaminadas o aguas residuales, cortocircuitos internos.

Medidas de control

Algunas de las medidas de control que pueden incluirse son el tratamiento previo, la coagulación, floculación o sedimentación, la filtración y la desinfección.

El tratamiento previo comprende operaciones como el uso de prefiltros o microtamices, el almacenamiento independiente de la corriente y la filtración de orilla. Las opciones de tratamiento previo pueden ser compatibles con diversas operaciones de tratamiento de diverso grado de complejidad, desde la simple desinfección al procesado con membranas. El tratamiento previo puede reducir o estabilizar la carga microbiana, de materia orgánica natural y de partículas.

Las operaciones de coagulación, floculación, sedimentación (o flotación) y filtración retiran partículas del agua, incluidos los microorganismos (bacterias, virus y protozoos). Es importante optimizar y controlar las operaciones para lograr un rendimiento constante y confiable. La coagulación química es la etapa más importante para determinar la eficiencia de eliminación de partículas de las operaciones de coagulación, floculación y clarificación. Además, afecta directamente a la eficiencia de eliminación de partículas de las unidades de filtración en medio granular y afecta indirectamente a la eficiencia de la desinfección. Aunque es improbable que la

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propia coagulación introduzca ningún microbio peligroso nuevo al agua tratada, en caso de avería o funcionamiento ineficiente podría aumentar la carga microbiana introducida en el sistema de distribución de agua de consumo.

En el tratamiento del agua de consumo se utilizan diversos procesos de filtración, incluida la filtración granular, la filtración lenta en arena, la filtración de precapa y la filtración de membrana (microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa). Bien diseñada y funcionando correctamente, la filtración puede actuar como barrera permanente y eficaz contra microbios patógenos; en algunos casos, puede ser la única barrera (por ejemplo, para la eliminación de ooquistes de Cryptosporidium mediante filtración directa cuando se usa cloro como único desinfectante).

La aplicación de una concentración suficiente de desinfectante es un componente fundamental de la mayoría de los sistemas de tratamiento para lograr la reducción necesaria del riesgo microbiano. La aplicación del concepto C × t (producto de la concentración de desinfectante por el tiempo de contacto) para un pH y una temperatura determinados como medida del nivel de desinfección necesario para inactivar los microorganismos patógenos más resistentes garantiza también la eliminación eficaz de otros microbios más sensibles. Cuando se aplica un tratamiento de desinfección, debe estudiarse la adopción de medidas para reducir al mínimo la formación de sub-productos de la desinfección (SPD).

El almacenamiento del agua tras su desinfección, antes de su suministro a los consumidores, puede mejorar la desinfección al aumentar el tiempo de contacto de los desinfectantes con el agua. Este efecto puede ser particularmente beneficioso en el caso de los microorganismos más resistentes, como Giardia y algunos virus.

Normas de calidad de agua fresca y potable

Las normas sobre el agua de consumo pueden diferir, en naturaleza y forma, de unos países o regiones a otros. No hay un método único que pueda aplicarse de forma universal. En la elaboración y la aplicación de normas, es fundamental tener en cuenta las leyes vigentes y en proyecto relativas al agua, a la salud y al gobierno local, así como evaluar la capacidad para desarrollar y aplicar reglamentos de cada país. Los métodos que pueden funcionar en un país o región no necesariamente podrán transferirse a otros países o regiones. Para desarrollar un marco reglamentario, es fundamental que cada país examine sus necesidades y capacidades.

La determinación de la seguridad, o de qué riesgo se considera aceptable en circunstancias concretas, es un asunto que concierne al conjunto de la sociedad. En último término, es responsabilidad de cada país decidir si las ventajas de adoptar como norma nacional o local alguna de las directrices o valores de referencia justifican su costo.

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Las Normas de Calidad del Agua para Consumo Humano (CAPRE) tienen una serie de artículos donde expresa todo lo relacionado con la calidad del agua potable así como las características y parámetros que deben cumplir. A continuación se muestran las tablas de algunos parámetros4 que debe cumplir el agua potable:

Tabla No.4, Parámetros Bacteriológicos

(a) NMP/100 ml, en caso de análisis por tubos múltiples o colonias/100 ml en el caso de análisis por el método de membranas filtrantes. El indicador bacteriológico más preciso de contaminación fecal es la E. Coli, definida en el artículo 4. La bacteria Coliforme Total no es un indicador aceptable de la calidad sanitaria de acueductos rurales, particularmente en áreas tropicales donde muchas bacterias sin significado sanitario se encuentran en la mayoría de acueductos sin tratamiento.

(b) En los análisis de control de calidad se determina la presencia de coliformes totales. En caso de detectarse una muestra positiva se procede al remuestreo y se investiga la presencia de coliforme fecal. Si el remuestreo da resultados negativos, no se toma en consideración la muestra positiva, para la valoración de calidad anual. Si el remuestreo da positivo se intensifica las actividades del programa de vigilancia sanitaria que se establezca en cada país. Las muestras adicionales, recolectadas cuando se intensifican las actividades de inspección sanitaria, no deben ser consideradas para la valoración anual de calidad.

(c) En los sistemas donde se recolectan menos de 20 muestras, al año, el porcentaje de negatividad debe ser ≥ 90 %.

4 Normas Capre 1993

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Tabla No.5, Parámetros Organolépticos

Tabla No.6, Parámetros Fisicoquímicos

(a) Las aguas deben ser estabilizadas de manera que no produzcan efectos corrosivos ni incrustantes en los acueductos.

(b) Cloro residual libre

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(c) 5 mg/l en base a evidencias científicas las cuales han demostrado que este valor “residual” no afecta la salud. Por otro lado cada país deberá tomar en cuenta los aspectos económicos y organolépticos en la interpretación de este valor.

Tabla No.7, Parámetros para sustancias no deseadas

Tabla No.8, Parámetros para sustancias inorgánicas significado para la salud

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METODOLOGIA

Para la realización de este trabajo se dispuso primeramente en analizar la situación actual del sistema de tratamiento de la planta “El Salto”, seguidamente se realizó un estudio poblacional para proyectar la cantidad de habitantes que debía abastecer la nueva planta de tratamiento. Para dicha proyección se tomó una tasa de crecimiento del 3.5% y se proyectó la población mediante el método geométrico. Se estudió la cantidad de agua que podía abastecer el rio Tapacali versus el agua que será consumida por los pobladores a los largo de los 25 años que estará programada la planta.

Posteriormente se estudió la calidad del agua que estaba distribuyendo la planta actual para compararla con las normas CAPRE, además con el nuevo tren de tratamiento se analizó mediante un balance en la entrada y salida los parámetros para considerar potable el agua, esto para cada unidad de tratamiento la calidad del agua.

Luego se dispuso a diseñar cada unidad de tratamiento (rejillas, mezclado rápido, coagulación-floculación-sedimentación y filtro rápido) dimensionando cada una de éstas para cada fase del proyecto.

RESULTADOS Y DISCUSION

PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN FASE 1

Para la proyección de la población se tomó una tasa de crecimiento del 3.5%, además para el estudio del consumo se tomó una dotación de 50 galones por persona por día (gppd) y los siguientes porcentajes para los demás consumos:

Porcentaje de fugas= 20%

Porcentaje de consumo comercial= 7%

Porcentaje de consumo industrial= 7%

Porcentaje de consumo institucional= 5%

Porcentaje de otros usos= 2%

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Tabla 9. Estimación del caudal máximo diario para la fase 1 (año 2011-2023)

DISEÑO DE UNIDADES DE TRATAMIENTO FASE 1

Se diseñaran dos fases cada una independiente de la otra

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En la presente tabla se muestra el consumo para los diferentes usos que se le dará al agua, y el caudal máximo diario que deberá suplir la planta de tratamiento.

Caudales calculados:

406.3 lps

0.406 m3/s

35106.39 m3/d

Poblacion Futura

Dotación por persona al

dia

Consumo domestico

Consumo domestico

Consumo industrial

Comsumo comercial

Consumo institucional

Otros usos

Σconsumo FugasConsumo

Total

Consumo Maximo

Diariohabitantes gppd (gal/d) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps)

0 2011 60000 50 3000000.0 131.4 9.2 9.2 6.6 2.6 159.0 31.8 190.8 267.21 2012 62100 50 3105000.0 136.0 9.5 9.5 6.8 2.7 164.6 32.9 197.5 276.52 2013 64274 50 3213675.0 140.8 9.9 9.9 7.0 2.8 170.3 34.1 204.4 286.23 2014 66523 50 3326153.6 145.7 10.2 10.2 7.3 2.9 176.3 35.3 211.6 296.24 2015 68851 50 3442569.0 150.8 10.6 10.6 7.5 3.0 182.5 36.5 219.0 306.65 2016 71261 50 3563058.9 156.1 10.9 10.9 7.8 3.1 188.9 37.8 226.6 317.36 2017 73755 50 3687766.0 161.6 11.3 11.3 8.1 3.2 195.5 39.1 234.6 328.47 2018 76337 50 3816837.8 167.2 11.7 11.7 8.4 3.3 202.3 40.5 242.8 339.98 2019 79009 50 3950427.1 173.1 12.1 12.1 8.7 3.5 209.4 41.9 251.3 351.89 2020 81774 50 4088692.1 179.1 12.5 12.5 9.0 3.6 216.7 43.3 260.1 364.1

10 2021 84636 50 4231796.3 185.4 13.0 13.0 9.3 3.7 224.3 44.9 269.2 376.911 2022 87598 50 4379909.2 191.9 13.4 13.4 9.6 3.8 232.2 46.4 278.6 390.012 2023 90664 50 4533206.0 198.6 13.9 13.9 9.9 4.0 240.3 48.1 288.4 403.7

Qincendio (lps)=

2.63

Qtotal (lps)=

406.3

Año

Qmáx 62776Qmín 35106.4Tipo Canaleta Parshall

Ancho de Garganta (W) 0.61 mAncho de canaleta a la entrada (D) 1.21 m

Ancho de canaleta a la salida (C) 0.9Altura de canaleta (E) 0.90 m

Mezclado Rapido


Tabla 10. Dimensionamiento de la sección de mezclado rápido

Tabla 11. Dimensionamiento de cámara desarenadora

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Tiempo detención= 3 minPeak factor= 3

Qpico= 1.219 m3/sVolumen Camara= 219.414935 m3

#cámaras= 2Vol c/u= 109.707468 m3

ancho (m)1.5 : 14.5 3

Long= 8.126 m

0.3 m3/m.mincantidad aire total= 0.041 m3/min

146.276624 m3/d

1m3 de agua 52.4cantidad arena total= 5.519 m3/d

Datos entrada

profundidad (m)

CÁMARA DESARENADORA

Tamaño de cámara

Cantidad de arenilla que se va a producir

Cantidad de aire necesario

La cámara desarenadora tendrá dimensiones de:

Ancho= 4.5 m

Profundidad= 3 m

Longitud= 8.13 m

Ademas necesitará 146.3 m3/d y producirá 5.5 m3/d de arenilla.

secciones= 1 2 3Gradientes de velocidad= 50 35 25Tiempo de floculación (min)= 8 7 6Temperatura °C= 25.3 25.3 25.3Baffl es de Madera(Coef) f= 0.3 0.3 0.3

Volumen cámara (m3)=profundidad (m)=

Area (m2)=Ancho (m)= 2.67 2.67 2.67Longitud (m)= 16 16 16

512.0

1284

FLOCULACIÓN


Tabla 12. Dimensionamiento de Floculadores

Tabla 13. Cantidad de bafles, distancia entre bafles y pérdidas

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μ= 0.000895 Ns/m2ρ= 996.94 Kg/m3Numero de baffl es= 31distancia entre baffl es= 0.5 mperdidas (h)= 0.11 m



h= 0.18 OK

No. de Baffles para 1a sección



Perdidas Totales

El sistema de floculación posee tres secciones. Se utilizaron bafles de madera de 6 ft x 8 ft. En la tabla se puede apreciar la cantidad de bafles para cada sección, la distancia entre ellos y las perdidas en cada sección.

No. de tanques sedimentadores= 10.0 unidadesLongitud= 16 mVelocidad de sedimentacion= 30 m/dtiempo sedimentación= 3 hrsprofundidad= 3.75 m

Volumen Total= 5485.37 m3

Volumen individual= 548.54 m3

Area Total= 1462.77 m2

Area individual= 146.28 m2

Ancho= 8.6 mLongitud= 17.2 m

SEDIMENTADORES

El sistema de sedimentación tendrá 10 unidades para la primera fase y las dimensiones pueden observarse en la tabla 14.


Tabla 14. Diseño de sedimentadores

Tabla 15. Diseño de área de alta tasa para sedimentadores

Tabla 16. Diseño de Filtro Rápido de arena

Figura 2. Esquema de sistema de filtración

19

K= 1

caudal= 3510.639 m3/dvelocidad de sedimentacion= 30 m/dÁngulo de la placa= 60 °Lr= 36Lu= 32.36

Area de alta tasa= 6.900 m2

Ancho= 1.9 mLongitud= 3.8 m# Placas= 76 unidades# Filas= 4# Placas totales= 304 unidades

Área de alta tasa

La unidad de sedimentación presenta un área a alta tasa para sedimentar con mayor eficiencia los sólidos disueltos. En la tabla 13 se puede apreciar el dimensionamiento y placas necesarias para esta área.

Caudal= 1462.8 m3/hVelocidad de filtración= 6 m/h#filtro= 9.0 9.0147B/L= 0.55

Área Total= 243.79 m2

Área individual 34.83 m2

Longitud= 7.92 mBase= 4.40 m1 < L/B < 3 1.80

FILTRO

BL 0.5

antracita 0.7arena 0.3

grava 0.4recolección 0.2

3.1

agua 1

El sistema de filtración cuenta con 9 unidades filtrantes. El dimensionamiento de cada una de ellas se muestra en la tabla 16. Además en la figura 2 se observan las capas que se dispondrán en el filtro, las medidas en la figura están en metros.


Tabla 17. Perdidas en filtro rapido

Tabla 18. Dimensionamiento de tanque de almacenamiento

20

arenatamano efectivo O.3 mmcoeficiente de uniformidad 1.2porosidad 0.42

antracitatamano efectivo 0.68 mmcoeficiente de uniformidad 1.5porosidad 0.4

Tea TEAXa XA0.3/Xa = 0.68 xAXA= 0.68/0.3 XaXa+XA= 1.0 mXa= 0.30 mXA= 0.7 m

perdida en la capa de arenah= 5.04 cm

perdida en la capa de antracitah= 9.32 cm

Perdidas de filtroLa unidad de filtros presenta pérdidas las cuales se calculan en la tabla 17, dichas perdidas no superan la altura del filtro por lo cual está correcto.

tiempo de almacenamiento (s)= 7200caudal= 0.406volumen tanque (m3/d)= 2923.2numero de tanques= 5diametro de cada tanque (m)= 10altura del tanque (m)= 7.4

tanque de almacenamientoSe dispondrán 5 tanques de almacenamiento para cloración teniendo las dimensiones propuestas en la tabla 18.


PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN FASE 2

Para la proyección de la población se tomó una tasa de crecimiento del 3.5%, además para el estudio del consumo se tomó una dotación de 50 galones por persona por día (gppd) y los siguientes porcentajes para los demás consumos:

Porcentaje de fugas= 20%

Porcentaje de consumo comercial= 7%

Porcentaje de consumo industrial= 7%

Porcentaje de consumo institucional= 5%

Porcentaje de otros usos= 2%

Tabla 19. Estimación del caudal máximo diario para la fase 2 (año 2024-2036)

21

Poblacion Futura

Dotación por persona al

dia

Consumo domestico

Consumo domestico

Consumo industrial

Comsumo comercial

Consumo institucional

Otros usos

Σconsumo

FugasConsumo

Total

Consumo Maximo

Diariohabitantes gppd (gal/d) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps) (lps)

13 2024 93837 50 4691868.2 205.5 14.4 14.4 10.3 4.1 248.7 49.7 298.4 417.814 2025 97122 50 4856083.6 212.7 14.9 14.9 10.6 4.3 257.4 51.5 308.9 432.415 2026 100521 90 9046883.7 396.3 27.7 27.7 19.8 7.9 479.6 95.9 575.5 805.616 2027 104039 90 9363524.6 410.2 28.7 28.7 20.5 8.2 496.3 99.3 595.6 833.817 2028 107681 90 9691248.0 424.6 29.7 29.7 21.2 8.5 513.7 102.7 616.5 863.018 2029 111449 90 10030441.7 439.4 30.8 30.8 22.0 8.8 531.7 106.3 638.0 893.219 2030 115350 90 10381507.1 454.8 31.8 31.8 22.7 9.1 550.3 110.1 660.4 924.520 2031 119387 90 10744859.9 470.7 32.9 32.9 23.5 9.4 569.6 113.9 683.5 956.921 2032 123566 90 11120930.0 487.2 34.1 34.1 24.4 9.7 589.5 117.9 707.4 990.322 2033 127891 90 11510162.5 504.2 35.3 35.3 25.2 10.1 610.1 122.0 732.2 1025.023 2034 132367 90 11913018.2 521.9 36.5 36.5 26.1 10.4 631.5 126.3 757.8 1060.924 2035 137000 90 12329973.8 540.1 37.8 37.8 27.0 10.8 653.6 130.7 784.3 1098.025 2036 141795 90 12761522.9 559.1 39.1 39.1 28.0 11.2 676.5 135.3 811.7 1136.4

Qincendio (lps)= 2.63Qtotal (lps)= 735.4

AñoEn la presente tabla se muestra el consumo para los diferentes usos que se le dará al agua, y el caudal máximo diario que deberá suplir la planta de tratamiento. El caudal que se observa en el año 25 son los caudales de las dos fases del proyecto, es decir para la fase dos se tomara la diferencia del caudal a los 25 años y los 12 años.

Caudales calculados:

1136.4-403.7+2.633= 735.4 lps

0.74 m3/s

65541.2 m3/d


DISEÑO DE UNIDADES DE TRATAMIENTO FASE 2

Tabla 20. Dimensionamiento de la sección de mezclado rápido

Tabla 21. Dimensionamiento de cámara desarenadora

22

Tiempo detención= 3 minPeak factor= 3

Qpico= 2.206 m3/sVolumen Camara= 397.1322 m3

#cámaras= 2Vol c/u= 198.5661 m3

ancho (m)1.5 : 14.5 3

Long= 14.709 m

0.3 m3/m.mincantidad aire total= 0.074 m3/min

264.7548 m3/d

1m3 de agua 52.4cantidad arena total= 9.989 m3/d

Tamaño de cámara

Cantidad de arenilla que se va a producir

Cantidad de aire necesario

Datos entrada

profundidad (m)

CÁMARA DESARENADORA

La cámara desarenadora tendrá dimensiones de:

Ancho= 4.5 m

Profundidad= 3 m

Longitud= 14.71 m

Además necesitará 264.75 m3/d y producirá 9.99 m3/d de arenilla.

Qmáx 113033Qmín 63541.15Tipo Canaleta Parshall

Ancho de Garganta (W) 1.22 mAncho de canaleta a la entrada (D) 1.57Ancho de canaleta a la salida (C) 1.2 m

Altura de canaleta (E) 0.90 m

Mezclado Rapido


Tabla 22. Dimensionamiento de Floculadores

Tabla 23. Cantidad de bafles, distancia entre bafles y pérdidas

23

secciones= 1 2 3Gradientes de velocidad= 50 35 25Tiempo de floculación (min)= 8 7 6Temperatura °C= 25.3 25.3 25.3Baffl es de Madera(Coef) f= 0.3 0.3 0.3

Volumen cámara (m3)=profundidad (m)=

Area (m2)=Ancho (m)= 3.6 3.6 3.6Longitud (m)= 21.5 21.5 21.5

926.6

231.74

FLOCULACIÓN La planta dispondrá de otros 3 floculadores cada uno con diferentes características de velocidad y tiempo de retención. Además tendrán una profundidad de 4 m, un ancho de 3.6 m cada uno y 21.5 m de longitud.




h= 0.18 OK




Perdidas Totales

El sistema de floculación posee tres secciones. Se utilizaron bafles de madera de 6 ft x 8 ft. En la tabla se puede apreciar la cantidad de bafles para cada sección, la distancia entre ellos y las perdidas en cada sección.


Tabla 24. Diseño de sedimentadores

Tabla 25. Diseño de área de alta tasa para sedimentadores

Tabla 26. Diseño de Filtro Rápido de arena

24

No. de tanques sedimentadores= 18.0 unidadesLongitud= 21.5 mVelocidad de sedimentacion= 30 m/dtiempo sedimentación= 3 hrsprofundidad= 3.75 m

Volumen Total= 9928.31 m3

Volumen individual= 551.57 m3

Area Total= 2647.55 m2

Area individual= 147.09 m2

Ancho= 8.6 mLongitud= 17.2 m

SEDIMENTADORES

El sistema de sedimentación de la segunda fase tendrá 18 unidades para la primera fase y las dimensiones pueden observarse en la tabla 24.

K= 1

caudal= 3530.064 m3/dvelocidad de sedimentacion= 30 m/dÁngulo de la placa= 60 °Lr= 36Lu= 32.36

Area de alta tasa= 6.900 m2

Ancho= 1.9 mLongitud= 3.8 m# Placas= 76 unidades# Filas= 4# Placas totales= 304 unidades

Área de alta tasa

La unidad de sedimentación presenta un área a alta tasa para sedimentar con mayor eficiencia los sólidos disueltos. En la tabla 19 se puede apreciar el dimensionamiento y placas necesarias para esta área.

Caudal= 2647.5 m3/hVelocidad de filtración= 6 m/h#filtro= 12.0 12.1279B/L= 0.54

Área Total= 441.26 m2

Área individual 44.13 m2

Longitud= 9.07 mBase= 4.86 m1 < L/B < 3 1.87

FILTRO




Tabla 27. Perdidas en filtro rápido

25

El sistema de filtración cuenta con 12 unidades filtrantes. El dimensionamiento de cada una de ellas se muestra en la tabla 26. Además en la figura 3 se observan las capas que se dispondrán en el filtro, las medidas en la figura están en metros.

BL 0.5

antracita 0.7arena 0.3

grava 0.4recolección 0.2

3.1

agua 1

arenatamano efectivo O.3 mmcoeficiente de uniformidad 1.2porosidad 0.42

antracitatamano efectivo 0.68 mmcoeficiente de uniformidad 1.5porosidad 0.4

Tea TEAXa XA0.3/Xa = 0.68 xAXA= 0.68/0.3 XaXa+XA= 1.0 mXa= 0.30 mXA= 0.7 m

perdida en la capa de arenah= 5.04 cm

perdida en la capa de antracitah= 9.32 cm

Perdidas de filtro

La unidad de filtros presenta pérdidas las cuales se calculan en la tabla 27, dichas perdidas no superan la altura del filtro por lo cual está correcto.


Tabla 28. Dimensionamiento de tanque de almacenamiento

BALANCE A LA ENTRADA Y SALIDA DE CADA UNIDAD DE TRATAMIENTO

La composición del agua cruda (Río Tapacali) y de agua en el reservorio de aguas claras en la estación de bombeo El Salto esta dado en la tabla 25. El efluente de esta estación de bombeo no satisface las normas de calidad de agua potable. También hay problemas en el proceso de filtración, debido a que los periodos de limpieza son demasiado cortos.

Tabla No. 25 Composición del Agua Cruda y Agua Tratada en El Salto actual

Parámetro Valor Promedio del Agua Cruda Valor Promedio

26

tiempo de almacenamiento (s)= 7200caudal= 0.74volumen tanque (m3/d)= 5328numero de tanques= 8diametro de cada tanque (m)= 10altura del tanque (m)= 8.5

tanque de almacenamientoSe dispondrán 8 tanques de almacenamiento para cloración teniendo las dimensiones propuestas en la tabla 28.


del Agua ClaraTemperatura (°C) 25.30 27.00

Color (mg/L Pt-Co) 215 28.00Turbiedad ( NTU) 1250 15

Solidos Totales (mg/L) 155 179pH 7.8 7.6

Fe+3 mg/L 1.4 0.38Coliformes

fecales(UFC/100mL)2400 16

Mn+2 mg/L 0.5 0.007HCO3

- mmol/L 126 105CO2 mg/L 37 45NH4 mg/L 1.2 0.00

Figura 4. Esquema de sistema de tratamiento

Se añadió una dosis de sulfato de aluminio de mg/L para la etapa de coagulación, luego de mezclar el coagulante y al terminar todo el tren de tratamiento se llegaron a los siguientes parámetros.

27


Tabla No. 26 Composición del Agua Cruda y Agua Tratada en El Salto mejorada

En esta tabla se muestran los valores de cada uno de los parámetros que serán tratados en la planta de tratamiento, como se puede observar, todos los parámetros cumplen con las normas de la CAPRE por lo tanto se concluye que el sistema de tratamiento convencional funciona para potabilizar el agua cruda del rio Tapacali. Sin embargo para el sulfato SO4

-2 es necesario realizar un tratamiento especial de intercambiador iónico. Se calculó la dosis de cloro para la unidad de tratamiento de desinfección dando una dosis de mg/L.

CONCLUSIONES

Se realizó el rediseño de la planta de tratamiento “El Salto” de la comunidad LA SABANA en el departamento de Madriz. La tecnología seleccionada para la potabilización del agua correspondiente a una planta convencional clásica, las unidades que conforman el sistema son de tipo hidráulico representadas principalmente por un mezclador rápido, desarenador, floculador

28

Parámetro

Valor Promedio del Agua

Cruda

Desarenador Coagulación-floculación-

sedimentación

Filtro

Desinfección Permisible

CAPRE

Temperatura (°C) 25.3 25.3 25.3 25.3 25.3 30 cumple Color (mg/L Pt-Co) 215 21.5 4.3 0.215 0.215 15 cumple Turbiedad ( NTU) 1250 125 12.5 1.25 1.25 5 cumple

Solidos Totales (mg/L)

155 93 18.6 1.86 1.86 1000 cumple pH 7.8 7.8 6.58 6.56 6.5 6.5-8.5 cumple

Fe+3 mg/L 1.4 1.4 0.7 0.035 0.035 0.3 cumple Coliformes

fecales(UFC/100mL) 2400 480 336 201.6 0 0 cumple

Mn+2 mg/L 0.5 0.5 0.25 0.05 0.05 0.5 cumple HCO3

- mmol/L 126 126 106.2 104.43 96.7 - - SO4

-2 0 0 17.28 17.28 17.28 - - Al+3 0 0 0.324 0.0324 0.0324 0.2 cumple

CO2 mg/L 37 37 51.8 53.126 58.86 - - NH4 mg/L 1.2 1.2 0.84 0.588 0 0 cumple


con placas de madera y sedimentador con un área de alta tasa con placas inclinadas, un filtro rápido a gravedad de lecho mixto de arena y antracita y finalmente una etapa de desinfección con cloro.

El diseño de la planta de tratamiento se realizó en dos fases, la fase uno comprende el periodo de 12 años (2011-2023) y una segunda fase de 13 años (2024-2036), donde cada fase es independiente una de la otra.

En total la planta procesara un caudal total de 1141.7 litros por segundo al dia o 98,643 m3/d, además tendrá:

4 cámaras desarenadoras, 2 floculadores de 3 secciones cada una 28 sedimentadores 21 filtros rapidos 13 tanques de almacenamiento

Cada una de estas unidades de tratamiento tienen diferentes dimensiones, las cuales se muestran en los resultados.

Para la etapa de desinfección se calculó la dosis necesaria de cloro la cual dio una dosis de 6.27 mg/L

Se calcularon los parámetros del agua luego del tratamiento convencional y el agua tratada tiene una calidad óptima ya que cumple con las normas de la CAPRE.

RECOMENDACIONES

Desarrollar un esfuerzo en conjunto entre los miembros de los consejos comunales, miembros de mesas técnicas del agua y habitantes de la comunidad en general con el apoyo de la empresa que vaya a construir dicha planta de tratamiento, para que la propuesta presentada sea ejecutada a fin de materializar la prestación del servicio vital liquido en busca de mejora de la calidad de vida en la comunidad.

BIBLIOGRAFIA

1993, N. C. (n.d.). CAPRE normas regional. Retrieved diciembre 06, 2011, from http://kardauni08.files.wordpress.com/2011/08/capre_normas_regional.pdf

29


INIFOM. (n.d.). inifom.gob.ni. Retrieved Diciembre 9, 2011, from http://www.inifom.gob.ni/municipios/documentos/MADRIZ/las_sabanas.pdf

Maya, J. G. (n.d.). suministro y disposicion de aguas. Retrieved diciembre 7, 2011, from http://fluidos.eia.edu.co/suministroydisposiciondeaguas/temasdeinteres/desarenadores/desarenadores.htm

OMS. (n.d.). GUIAS DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE. GINEBRA - 1993. Retrieved diciembre 9, 2011, from http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf

wikipedia. (n.d.). Tratamiento del agua. Retrieved DICIEMBRE 2011, 08, from http://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_del_agua_(tecnolog%C3%ADas_alternativas)

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Informe de Diseño de Planta

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