UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRICOLA ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA LOCALIDAD DE ANCHACC HUASI – VINCHOS - HUAMANGA TESIS PARA OBTENER TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO AGRÍCOLA PRESENTADO POR: RAUL HUARACA AVENDAÑO AYACUCHO - PERU 2016 ii DEDICATORIA Para mis queridos padres Julián Huaraca Quispe y Marcelina Avendaño Guizado, por su apoyo incondicional en todo momento, por haber depositado toda su confianza en mí, a mis tíos y primos quienes siempre me apoyaron. Para mis queridos hermanos: Paulina, Juan, Fely y Roberth Julián por su comprensión, apoyo incondicional y por ser motores de motivación y superación diaria. Para mis queridos Profesores, de la Escuela de Formación Profesional de Ingeniería Agrícola, quienes me apoyaron en todo momento impartiendo sus conocimientos científicos y técnicos. iii AGRADECIMIENTO  Mi sincera gratitud a mi Alma Mater, forjador de grandes hombres Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga (UNSCH), Facultad de Ciencias Agrarias.  Mis agradecimientos a la Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola y a mis docentes por haberme albergado en sus aulas y por haberme trasmitido sus conocimientos y guiarme para ser mejor cada día frente a los desafíos de un mundo de constante cambio.  A mi asesor al Ing. Juan Charapaqui Anccasi, por el apoyo constante y dedicación por el buen cumplimiento del tesis.  A mis compañeros y compañeras de estudio a quienes agradezco por el ánimo que me brindaron en el transcurso de mi formación.  Mi reconocimiento a la Municipalidad Distrital de Vinchos y al centro poblado de Anchacc Huasi, por admitirme en su institución para poder elaborar mi proyecto de tesis. iv ÍNDICE GENERAL Contenido Pag. DEDICATORIA ......................................................................................................... ii AGRADECIMIENTO ............................................................................................... iii RESUMEN ............................................................................................................... x INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 11 I. REVISIÓN DE LITERATURA ........................................................................ 13 1.1. ANTECEDENTES .......................................................................................13 1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO .........................................................................14 1.2.1 Levantamiento Topográfico .................................................................. 14 1.2.2. Métodos para estimar la población futura ...................................... 16 1.2.3. Áreas de aportación ........................................................................ 17 1.2.4. Densidades poblacionales .............................................................. 19 1.2.5. Caudales de diseño ........................................................................ 19 1.2.6. Aguas residuales ............................................................................. 22 1.2.7 Dotación .......................................................................................... 22 1.2.8. Diseño Del Sistema......................................................................... 22 1.2.9. Tratamiento de aguas residuales .................................................. 24 1.2.10. Ubicación y recubrimiento de tuberías de alcantarillado .................. 33 1.2.11. Tratamiento de las aguas residuales ................................................ 34 1.2.12. Evaluación económica de red de alcantarillado y PTAR .................. 36 1.3. MARCO LEGAL ..........................................................................................39 II. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................ 41 2.1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA .....................................................................41 2.1.1. Ubicación política: ........................................................................... 41 2.1.2. Ubicación geográfica: ......................................................................... 41 2.2. Climatología y recurso hídricos. ......................................................... 44 2.3. MATERIALES Y EQUIPOS ....................................................................46 v 2.4. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ..................................................47 2.4.1. Fase preliminar ............................................................................... 47 2.4.2. Trabajos de campo ......................................................................... 48 2.4.3. Trabajos de gabinete ...................................................................... 49 2.4.4. Calculo de población y caudal de diseño ....................................... 49 2.4.5. Diseño de la red de tuberías ........................................................... 55 2.4.6. Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales ................... 57 2.4.7. Evaluación económica del proyecto ............................................... 62 III. RESULTADOS .......................................................................................... 66 3.1. Resultado de Diseño de la red de alcantarillado, según la norma OS.070 ................................................................................................................66 3.2. Resultados de Diseño dimensionamiento de PTAR según la norma OS.090 ............................................................................................................................69 3.3. Resultado de Evaluación económica. ........................................................73 IV. DISCUSION .............................................................................................. 74 4.1. La red de alcantarillado, según la norma OS.070 ..................................74 4.2. Diseño de PTAR según la norma OS.090 ...........................................76 4.3. Evaluación Económica ............................................................................77 V. CONCLUSIONES ......................................................................................... 79 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 81 vi INDICE DE TABLAS Tabla Descripción Pag. 1.1. Volumen de almacenamiento y digestión 29 1.2. Tiempo de digestión en días 30 2.1. Viviendas según tipo de servicio higiénico, 2007 48 2.2. Población total, por área urbana y rural, y sexo, según departamento, provincia, distrito y edades simples, 2007 50 2.3. Cálculos de tasa de crecimiento poblacional para distrito de Vinchos: método aritmético 50 2.4. Método geométrico 51 2.5. Por Cálculos Referenciales INEI 51 2.6. Cálculo de caudal unitario 53 2.7. Cálculo de caudal por nudos y/o buzones 54 2.8. Reporte diseño de tuberías en sewercad 81 2.9. Reporte de buzones de sewercad 83 2.10. Datos de diseño PTAR 57 2.11. Datos para el diseño norma OS.090 57 2.12. Para la selección de los procesos de tratamiento de las aguas residuales se usa como guía los valores 58 2.13. Límites máximos permisibles para los efluentes de PTAR 58 2.14. Calculo DBO5 afluente tanque imhoff 58 2.15. Calculo DBO5 efluente tanque imhoff 59 2.16. Calculo de DBO efluente filtro biológico 59 2.17. Calculo de sólidos en suspensión afluente tanque imhoff 59 2.18. Calculo de sólidos en suspensión efluente tanque imhoff 59 2.19. Calculo de sólidos en suspensión efluente filtro biológico 60 2.20. Calculo de coliformes fecales afluente tanque imhoff 60 2.21. Calculo de sólidos en suspensión efluente tanque imhoff 60 2.22. Calculo de coliformes termotolerantes efluente tanque imhoff 61 2.22-A Resumen de cálculos de DBO5, Sólidos en suspensión y coliformes fecales de PTAR 61 2.23. Unidad formuladora 98 2.24. Unidad ejecutora 98 2.25. Presupuesto total del proyecto 99 2.26. Sistema de alcantarillado y PTAR- alternativa única 100 2.27. Demanda de Alcantarillado y Planta de Tratamiento 102 2.28. Datos de dotación para evaluación 102 2.29. Demanda alcantarillado y planta de tratamiento 103 2.30. Resumen de N° de Familias 104 2.31. Balance oferta demanda del sistema de alcantarillado y PTAR 104 2.32. Alternativa única situación con proyecto precios privados 108 vii 2.33. Situación con proyecto precios privados alt. Única 108 2.34. Flujo de costos a precios privado Para el Servicio de Alcantarillado – Alt. Única 109 2.35. Flujo de costos a precios privado Para PTAR– Alt. Única 109 2.36. Costos del proyecto - sistema de alcantarillado 111 2.37. Costos del proyecto - PTAR 111 2.38. Costos Incrementales a Precios Sociales del servicio de alcantarillado 112 2.39. Costos Incrementales a Precios Sociales del servicio de PTAR 112 2.40. Índice costo efectividad-alcantarillado 113 2.41. Índice costo efectividad-PTAR 114 2.42. Resumen de evaluación social 115 2.43. Matriz de impacto ambiental: agua potable y alcantarillado 118 2.44. Medidas de mitigación sistema de alcantarillado y PTAR 119 2.45. Cronograma financiera 121 2.46. Cronograma física 122 2.47. Resumen de eval. Social del sistema de alcantarillado y PTAR 123 2.48. Costo del proyecto de alcantarillado-PTAR 124 2.49. Marco lógico 125 viii INDICE DE FIGURAS N° figura Descripción Pagina 1.1. Coeficiente de caudal máximo diario (k1) 18 1.2. Coeficiente de caudal máximo diario (k1) 18 1.3. Tanque imhoff 27 1.4. Detalles de tanque imhoff 29 2.1. Ubicación geográfica 42 2.2. Ubicación del proyecto 42 2.3. Red vial para el distrito de Vinchos-Anchacc Huasi 44 2.4. Tasa de crecimiento de la región de Ayacucho 51 2.5. Balance oferta demanda de alcantarillado y PTAR 105 3.1. Red de colectores de Anchacc Huasi 67 3.2. Red de Emisor de Anchacc Huasi 68 3.3. Dimension de tanque imhoff en planta 71 3.4. Dimension de tanque imhoff en perfil 71 3.5. Esquema general de PTAR 72 ix INDICE DE ANEXO Anexo n° contenido Pag. 01. Diseño de red de alcantarillado con Sewercad 81 02. Diseño de red de planta de tratamiento de aguas residuales 85 03. Evaluación económica 98 04. Presupuestos 126 05. Proceso de diseño de red alcantarillado con Sewercad 06. Panel fotográfico 07. Planos x RESUMEN En la presente tesis, se realizó dos diseños: la red de alcantarillado, la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas y de la misma forma se realizó la evaluación económica. Se hizo los cálculos de población futura de 1266 habitantes para un periodo de diseño de 20 años. Para el diseño de tuberías se utilizó los criterios de MANNING para ello se utilizó el software SEWERCAD, basándose en los parámetros de diseño de la norma OS.070 “Redes de aguas residuales”. Se ha obtenido un caudal de diseño de 3.59 l/s. Las velocidades y pendientes se encuentran dentro de lo establecido. La red tiene una longitud total: red de colectores es 2,596.92 ml y red de emisor de 621.43 ml. Los diámetros de las tuberías son: en colectores 160mm, en inicios de colector es de 110mm, en emisor es de 200mm de diámetro con un total de buzones de 61 unidades. El diseño de planta de tratamiento de aguas residuales, consiste en realizar el diseño de acuerdo a los cálculos establecidos según la demanda de la población, para ellos se realizó los cálculo de DBO5=78.75 mg/lt , Sólidos en Suspensión = 90.00mg/lt. y Coliformes Fecales = 2.50 x 10^5 Nº Bacterias/100 ml, los resultados obtenidos se encuentra dentro de LMP. Para el cumplimiento de LMP se ha planteado un PTAR con los siguientes componentes: Desarenador con rejas, tanque IMHOFF, filtro biológico y lecho secado. Se realizó la evaluación económica a precios sociales y privados del mercado del proyecto, se calculó el VAC (valor actual de costos) los resultados son: VAC para sistema de alcantarillado = 938,954.02 y de PTAR = 384,156.16, resultado de ICE (índice de costo efectividad), para sistema de alcantarillado (ICE) = 741.84 soles y sistema de PTAR (ICE) = 303.51 soles. Estos realizados obtenidos son para precios sociales. Con la cual se realizó la comparación de costos per cápita es menor a ello, por lo tanto se acepta o se ejecuta el proyecto. Palabras clave: sistema alcantarilla, tratamiento de aguas residuales 11 INTRODUCCIÓN La red de alcantarillado y tratamiento de las aguas residuales busca ante todo la eliminación de todos los contaminantes presentes en las aguas de descarga, que son materiales derivados de actividades domésticas, los cuales por razones de salud pública, contaminación del medio ambiente y por consideraciones estéticas, deben recolectarse y dárseles un tratamiento adecuado antes de ser vertidas en ríos, quebradas u otro cuerpo receptor. Para realizar las tareas de recolección, transporte y tratamiento de las aguas residuales se debe desarrollar un proyecto de sistemas de alcantarillado y planta de tratamiento. Las aguas residuales son producto de la actividad, contienen una mezcla de materiales fecales y desperdicios de diferentes tipos. En el centro poblado de Anchacc huasi, del Distrito Vinchos, Provincia de Huamanga-Ayacucho, las excretas son dispuestas a través de letrinas o tratadas por medio de fosas sépticas, el resto es descargado directamente al rio Vinchos. Las aguas provenientes de uso doméstico son descargadas directamente a las calles, generando un ambiente idóneo para la proliferación de vectores, produciendo malos olores y mal aspecto visual. La falta de una red de recolección producen un riesgo inminente para todos sus habitantes en especial para los niños y ancianos que se conducen a pie; por otra parte también esto genera daños en las calles sobre todo donde se producen estancamientos, con lo cual también viene a impactar en la salud de sus habitantes, al servir de criaderos de bichos y otros patógenos. La mayoría de viviendas usan letrinas de hoyo, por no contar con un sistema de alcantarillado al cual conectarse, sin ningún tratamiento previo. Los problemas más comunes de las fosas sépticas es que exigen una frecuencia de limpieza alta que provocan malos olores al realizarlas y además es necesario el diseño, También con el uso de letrinas se puede ocasionar malos olores, contaminación del terreno, proliferación de 12 bacterias, moscas, cucarachas y otros insectos que sirven de vectores para la propagación de enfermedades; además, debido que al llenarse la letrina es necesario hacer otra, se puede tener el problema de falta de espacios. se tiene un número limitado de veces que se pueden hacer nuevas letrinas, además contando con el problema de lo duro del suelo en muchas zonas. En el presente trabajo de tesis se presentan propuestas de diseño red de Alcantarillado, diseño de planta de tratamiento de aguas residuales y la evaluación económica del proyecto. se eligió el tratamiento mediante una planta convencional con tanque Imhoff como tratamiento primario, siguiendo como tratamiento secundario un filtros biológicos y lecho secado. El diseño y dimensionamiento de tuberías de alcantarillado se realizó utilizando el programa sewerCad. Y para el diseño de planta de tratamiento se utilizó con hojas de cálculo en Excel. Al final del trabajo se presentan las conclusiones y recomendaciones de este trabajo de estudio. Se tuvo como objetivos de investigación: Objetivo general Realizar el estudio de factibilidad del sistema de alcantarillado y de planta de tratamiento de aguas residuales que mejore la calidad de vida de los pobladores, en la localidad de Anchacc-huasi del distrito Vinchos – Huamanga. Objetivos específicos a. Realizar diseño de la red de alcantarillado, que cumplan con la norma OS.070 b. Realizar diseño de planta de tratamiento de aguas residuales que cumplan con la norma OS.090. c. Evaluar el estudio factibilidad que permita la viabilidad del proyecto de diseño de sistema de alcantarillado y de planta de tratamiento de aguas residuales. 13 I. REVISIÓN DE LITERATURA 1.1. ANTECEDENTES El centro poblado de Anchacc Huasi - Vinchos en la actualidad cuenta con un sistema de agua potable e inexistencia de servicio de Alcantarillado y planta de tratamiento. Aquí tenemos un antecedente un estudio realizado “En la Villa de San Matías, municipio de San Matías, departamento de La Libertad, en el presente trabajo de graduación se presentan propuestas de diseño de alcantarillado y planta de tratamiento de aguas residuales de la Villa de San Matías. Se presentan además los diseños de los sistemas de alcantarillado de aguas negras para el área urbana de la Villa de San Matías, también se presentan dos propuestas para el tratamiento de las aguas residuales de origen domestico; luego de una evaluación técnica y económica se eligió el tratamiento mediante una planta convencional con tanque Imhoff como tratamiento primario, siguiendo como tratamiento secundario un humedal artificial, se presenta además Indicaciones de operación y mantenimiento, especificaciones técnicas, planos y detalles para sectores que no son cubiertos por el sistema de alcantarillado de aguas negras, se presentan tres alternativas para el tratamiento y disposición de las aguas residuales, el uso de fosas sépticas, letrina de tipo abonera seca familiar y letrina solar. (CABRERA, 2013). 14 1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO 1.2.1 Levantamiento Topográfico La información topográfica para la elaboración de proyectos incluirá: a) Plano de localización del asentamiento con curvas de nivel cada 1 m. indicando la ubicación y detalles de los servicios existentes y/o cualquier referencia importante. b) Perfil longitudinal a nivel del eje de la vía en ambos frentes de la calle, en todas las calles de la zona, y en el eje de la vía, donde técnicamente sea necesario. c) Secciones transversales: mínimo 3 cada 100 metros en terrenos planos y mínimo 6 por cuadra, donde exista desnivel pronunciado entre ambos frentes de calle y donde exista cambio de pendiente. En Todos los casos deben incluirse nivel de lotes. (GARCIA E.2009) Corrección del error de refracción y curvatura Ya que la proyección de las alturas y las distancias se calcula con sólo multiplicar la distancia medida geométricamente por el seno y el coseno, respectivamente del ángulo cenital medido, los errores de cálculo se pueden deber principalmente a la curvatura de la tierra, y la refracción. A continuación se muestran las dos fórmulas que la estación total TOPCON emplea para el cálculo automático de los errores de curvatura y refracción.  K1 R2 ZsenDG ZcosDGDZ T 22     ...............................................(1.1)           2 K 1 R2 ZsenDG senZDGDH T 22 ……………………………….(1.2) Donde: DH : Distancia horizontal DZ : Diferencia de altura DG : Distancia geométrica 15 RT : Valor medio del radio de la tierra = 6 K : Media de la constante de refracción = 0.142 (DOMÍNGUEZ, 1993) Corrección atmosférica La velocidad de la luz varía levemente al ir atravesando diferentes presiones y temperaturas de aire, se debe aplicar un factor de corrección atmosférica para obtener la distancia correcta al final de los cálculos. Este factor de corrección atmosférica se calcula con la siguiente fórmula: t273 p 55.79275ppm   …………………………………….(1.3) Donde: p : Presión en milibares t : Temperatura del aire en grados Celsius El Geodimeter 610S calcula y corrige esto automáticamente, la corrección cero se obtiene con una temperatura ambiente de 20°C y a una presión atmosférica de 750 mmHg. (DOMÍNGUEZ, 1993) Calculo del ángulo horizontal La fórmula que a continuación se explica, se emplea para calcular el ángulo horizontal. Vtan 1 V Vtan 1 Y Vsen 1 EAHAH HHS  ……………………....(1.4) Donde: AHS : Angulo Horizontal medido por el sensor electrónico. EH : Error de colimación horizontal YH : Error de nivelado en ángulo recto al telescopio V : Error de eje horizontal (DOMÍNGUEZ, 1993) 16 Calculo del ángulo vertical La fórmula que a continuación se explica, se emplea para calcular el ángulo vertical. VVS YEAVAV  ………………………………..………(1.5) Donde: AVS : Angulo vertical medido por el círculo electrónico EV : Error de colimación vertical YV : Desviación en el vertical, medida por el compensador automático del nivel. (DOMÍNGUEZ, 1993) 1.2.2. Métodos para estimar la población futura Para el cálculo de la población futura se anota los siguientes métodos de cálculo: a) Método de Estimación de la Población Aritmético. b) Método Geométrico: crecimiento geométrico. c) Método Exponencial. (VIERENDEL, 2009). 1.2.2.1. Método aritmético Es un método de proyección completamente teórico y rara vez se da el caso de que una población presente este tipo de crecimiento. En la estimación de la población de diseño, a través de este método, sólo se necesita el tamaño de la población en dos tiempos distintos. La población futura a través de este método se puede calcular mediante la siguiente fórmula: El índice de crecimiento está dado en habitante por año. Pf = Pa + r.n…………………………………….…. (1.6) Pf = Pa (1+ r*n/100)…………………………….…..(1.7) Dónde: Pf = Población de diseño o población futura (hab.) Pa = Población actual (hab.) r = Tasa de crecimiento (hab./año) n = Período de diseño (años) (VIERENDEL, 2009) 17 1.2.2.2. Método geométrico Mediante este método, se asume que el crecimiento de la población es proporcional al tamaño de ésta. En este caso el patrón de crecimiento es el mismo que el usado para el método aritmético. Con la siguiente fórmula se calcula la población futura a través del método geométrico: El índice anual de crecimiento está dado en habitante por año. (CATALÁ, 1992). Pf = Pa(1+ r)n…………………………..……..(1.8) Dónde: Pf = Población de diseño o población futura (hab.) Pa = Población actual (hab.) r = Tasa de crecimiento anual (hab/año) n = Período de diseño (años) (VIERENDEL, 2009) 1.2.2.3. Método exponencial Para el uso de este método, se determina que el crecimiento de la población se ajusta al tipo exponencial y la población de diseño se puede calcular La aplicación de este método requiere el conocimiento de por lo menos tres censos, ya que para el cálculo del valor de k promedio se requieren al menos de dos valores. Pf= Pa * e^(k*t)…………………………………..(1.9) Dónde: Pf = Población de diseño o población futura (hab.) Pa = Población actual (hab.) K = Constante t = Período de diseño (años) (VIERENDEL, 2009) 1.2.3. Áreas de aportación Para determinar las áreas de aportación se debe tener en cuenta el tipo de topografía del sector, tipo de calles, tipo de suelo, ubicación del colector, etc. 18 En el diseño de alcantarillados combinados, el área de aportación del caudal pluvial es un parámetro que incide en mayor grado en el dimensionamiento de los conductos que conforman el sistema. (HERNÁNDEZ, 1997). Determinación de k1 y k2: Terminación de coeficientes de caudal máximo diario (k1) y coeficientes de caudal máximo horario (k2) según el autor (JORGE G- 2012) determinas los coeficientes en las siguientes figuras: Figura 1.1 Coeficiente de caudal máximo diario (k1) FUENTE: LDGPI-MEF-2012 Figura 1.2 coeficientes de caudal máximo horario (k2) FUENTE: LDGPI-MEF-2012 19 1.2.4. Densidades poblacionales El método de densidades es también conocido como método de zonificación el cual se encuentra relacionado con el área futura de expansión, esta parte es la más importante en el diseño ya que nos permite evitar una saturación de los conductos del alcantarillado. La densidad se refiere al número promedio de habitantes de un área urbana o rural en relación a una unidad de metro cuadrado. Cabe mencionar que el área en las distintas partes del mundo se expresan mayormente en kilómetros cuadrados por lo que la densidad se expresa en habitantes por km2, pero no obstante también podemos encontrarlo en habitantes. (HERNÁNDEZ, 1997). Densidad=N° Habitantes / área territorial…………………..(1.10) 1.2.5. Caudales de diseño Es necesario calcular el caudal apropiado que se necesita para diseñar las estructuras que formarán parte de los elementos de los sistemas de abastecimiento de agua, por lo que se debe combinar las necesidades de la población de diseño. A continuación se presenta la fórmula para el cálculo de alcantarillado sanitario: Qd=q*M+q inf.+q ilic…………………..……….…………..(1.11) a) Aportación por consumo de agua potable (q): Esta aportación se considera del 70 al 80% de la dotación media de agua potable que llega por tuberías y colectores. b) Determinación del coeficiente de mayoración (M): Mediante este factor nos permite obtener las variaciones máximas y mínimas que se presenta en un caudal de aguas servidas en diferencia con la variación de agua potable. c) Aportación de aguas de infiltración (qinf): Las aguas de infiltración siempre se encuentran presentes en los sistemas de alcantarillado y depende de algunos factores como es: altura del 20 nivel freático, tipo de suelo, tener cuidado en la construcción del sistema, el tipo de suelo que tiene el lugar, se estima que la magnitud de estos caudales es directamente proporcional al área de la cuenca. El caudal de infiltración considerado corresponde al agua proveniente de la lluvia e infiltrado por el estrato de la tierra permeable. d) Aportación de aguas ilícitas (qilic): Se producen por conexiones erróneas ocurridas cuando las canalizaciones de aguas lluvias del domicilio conecten sus aguas a la caja de revisión domiciliaria de las aguas servidas. (HERNÁNDEZ, 1997) 1.2.5.1. Criterio de velocidad para el cálculo En el cálculo de los colectores de desagüe existen tres límites a considerar: La velocidad mínima para evitar la sedimentación, la velocidad máxima para reducir la erosión en las con pendientes que aseguren una velocidad mínima de 0.6 m/s a tubo lleno se tuberías y la velocidad crítica para impedir la formación de mezclas de aire y líquidos. (LORENA, 2012) a) Velocidad mínima Las alcantarillas se proyectan ha establecido que la velocidad cerca del fondo del conducto es la más importante a efectos de la capacidad transportadora del agua que fluye, se ha podido comprobar que una velocidad media de 0.3 m/s es suficiente para evitar un depósito importante de sólidos. (LORENA, 2012) b) Velocidad máxima La velocidad máxima se limita para reducir el daño por abrasión en las alcantarillas, fijado en 5 m/s, Cuando una alcantarilla alcanza esta velocidad, es importante verificar la velocidad crítica. (LORENA, 2012) c) Velocidad crítica La expresión que define la velocidad crítica es la siguiente: VC = 6√𝑔 ∗ 𝑅ℎ……………………………………..(1.12 ) Donde: 21 Vc = velocidad crítica ( m/s ) g = Aceleración de la gravedad ( m/s2) Rh = Radio Hidráulico ( m ) Si la velocidad final alcanza los 5 m/s y se comprueba que es mayor a la velocidad crítica, podría provocar la ocurrencia de un resalto hidráulico en las aguas residuales. Como esa mezcla aire – líquido tiene un volumen superior al del líquido libre de aire, en la sección de escurrimiento, el tirante no deberá ser superior a 0.5 del diámetro (para interceptores y emisarios) y 0.75 del diámetro (para colectores primarios y secundarios) (LORENA, 2012) 1.2.5.2. Criterio de la fuerza tractiva para el cálculo La fuerza tractiva o tensión de arrastre (τ) es el esfuerzo tangencial unitario ejercido por el líquido sobre el colector y en consecuencia sobre el material depositado. La tendencia de los sólidos a sedimentarse cuando se encuentran formando parte de un medio sólidos – líquido, que presenta dos o más clases de materiales (que conserven en el sistema sus características propias), es compensado por la acción de otros efectos que se hacen presentes sobre en cuerpo, destacándose, entre estos últimos, el empuje del líquido sobre el sólido, el arrastre hidrodinámico y la turbulencia, factores que fundamentalmente proporcionan al flujo su capacidad de arrastre. (LORENA, 2012) La pendiente mínima del colector, puede ser calculada con el criterio de la fuerza tractiva, considerando que el transporte de sólidos no es proporcional a la velocidad de flujo, pero sí a la fuerza tractiva, y ésta a su vez es proporcional a la pendiente del conducto y al radio hidráulico, (LORENA, 2012), según la siguiente expresión: τ = ᵧ . Rh .S……………………………….(1.13) Donde: τ = Fuerza tractiva ( Kg/m2) γ = Peso específico del agua ( Kg/m3) 22 Rh = Radio hidráulico ( m ) S = Pendiente de la tubería ( m/m ) 1.2.6. Aguas residuales Se sabe que desde que el hombre habitaba en la tierra buscaba lugares cercanos a los ríos para poder abastecerse de agua, por lo tanto se puede decir que desde esta época ya se generaban aguas residuales. Los desperdicios que genera la población en general ya sean de tipo sólido, líquido o a su vez su combinación se los conoce como aguas residuales o aguas servidas, que son producidos en los diferentes usos que se le dé al agua ya sea en uso doméstico, industrial, comercial, etc. (HERNÁNDEZ, 1997) 1.2.7 Dotación La dotación está basada en función de las normas, la misma que indica que dotación está basada en la cantidad de agua por habitante, la cual se proporciona a un sistema de abastecimiento de la comunidad. Para el cálculo de la dotación, se debe tomar en cuenta los factores como: clima, nivel de vida, ya sea el cálculo para zonas rurales como urbanas en nuestro caso como se trata de habitantes menores a 5000 habitantes y en clima templado la dotación mínima de 100 lt/hab/día del aporte por consumo de agua potable hacia las redes de alcantarillado sanitario de la Comunidad de Anchacc huasi. Para el cálculo se debe realizar el análisis de caudales de diseño de aguas servidas (HERNÁNDEZ, 1997). 1.2.8. Diseño Del Sistema El sistema de diseño se ha considerado los siguientes caudales:  Determinación del caudal máximo horario de aguas servidas domésticas.  Determinación del caudal de infiltración. 23  Determinación del caudal de aguas ilícitas. Determinación del caudal de aguas lluvias. (HERNÁNDEZ, 1997). 1.2.8.1. Determinación del caudal máximo horario de aguas servidas domésticas Para determinar el caudal máximo horario de aguas servidas se ha considerado la siguiente fórmula: QM=q*M……………………………………(1.14) Dónde: QM = Caudal de aguas servidas. q= Caudal medio diario de aguas servidas. M= factor de mayoración. Para determinar el caudal medio de aguas residuales se utiliza la siguiente fórmula: q = Pob*dot*k*1/86400…………………….….(1.15) Dónde: q = Caudal Medio Diario de Aguas Servidas Pob: Población futura. Dot = Dotación de Agua Potable K = % de Agua que va al Alcantarillado. (HERNÁNDEZ, 1997). 1.2.8.2. Caudal de Infiltración Proveniente de aguas subterráneas que ingresa a la red, la magnitud de estos caudales es directamente proporcional al área de la cuenca. El caudal de infiltración se considera al agua proveniente de la lluvia y de la infiltración por el estrato permeable de la tierra. La utilización de tubería de PVC se basa principalmente para evitar al máximo la infiltración del agua en redes de alcantarillado, aunque el nivel de infiltración también puede estar vinculado con el nivel de amenaza sísmica presente en la localidad. (HERNÁNDEZ, 1997). 24 1.2.8.3. Caudal de aguas ilícitas Se considera a cada una de las conexiones erróneas que se producen al momento de canalización pluvial del domicilio a la caja de revisión domiciliaria de las aguas servidas. El trabajo de un sistema de alcantarilla, es dirigir las aguas negras domiciliarias y al no existir otro medio de evacuación de las aguas lluvias se hace difícil su estimación. (HERNÁNDEZ, 1997). Qilicita = 80(lt/Hab.*dia)*Pf………………….…..(1.16) Dónde: Qilícitas = Caudal de aguas ilícitas. Pf = Población futura al tramo de diseño. 1.2.8.4. Variaciones de consumo Considerando las limitaciones para determinar las variaciones de consumo en las condiciones actuales, se adoptarán las siguientes variaciones diarias y horarias. - Máximo anual de la demanda diaria (K1) = 1.3 - Máximo anual de la demanda horaria (K2) = 2.0 - Se tiene las formulas: - Q1 = 20,000 Lt/Km·día x Longitud de la red……………….(1.17) - Q2 = 380 Lt/buzón·día x # buzones…………………………(1.18) Coeficientes para poblaciones menores de 10000 Hab. Realizando el cálculo de caudales de diseño, nos permiten establecer los parámetros hidráulicos de los elementos que permitirán captar el agua para el sistema de abastecimiento de la Comunidad. (HERNÁNDEZ, 1997). 1.2.9. Tratamiento de aguas residuales 1.2.9.1. Tanque IMHOFF y lecho de secado El tanque imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remoción de sólidos suspendidos. Para comunidades de 5000 habitantes o 25 menos, los tanques imhoff ofrecen ventajas Para el tratamiento de aguas residuales domésticas, ya que integran la sedimentación del agua y a digestión de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo también se les llama tanques de doble cámara. Los tanques imhoff tienen una operación muy simple y no requiere de partes mecánicas; sin embargo, para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen. Por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y remoción de arena. El tanque imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimentos: - Cámara de sedimentación. - Cámara de digestión de lodos. - Área de ventilación y acumulación de natas. Durante la operación, las aguas residuales fluyen a través de la cámara de Sedimentación, donde se remueven gran parte de los sólidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la cámara de sedimentación pasando a la cámara de digestión a través de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador. El traslape tiene la función de impedir que los gases o partículas suspendidas de sólidos, producto de la digestión, interfieran en el proceso de la sedimentación. Los gases y partículas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestión, son desviados hacia la cámara de natas o área de ventilación. Los lodos acumulados en el digestor se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltración, después de lo cual se retiran y dispone de ellos enterrándolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos. (OPS, 2005) Ventajas - Contribuye a la digestión de lodo, mejor que en un tanque séptico, produciendo un Líquido residual de mejores características. 26 - No descargan lodo en el líquido efluente, salvo en casos excepcionales. - El lodo se seca y se evacúa con más facilidad que el procedente de los tanques sépticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad - Las aguas servidas que se introducen en los tanques imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separación de las arenillas. - El tiempo de retención de estas unidades es menor en comparación con las lagunas. - Tiene un bajo costo de construcción y operación. - Para su construcción se necesita poco terreno en comparación con las lagunas de Estabilización. - Son adecuados para ciudades pequeñas y para comunidades donde no se necesite una atención constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminación de las corrientes. (OPS, 2005) Desventajas - Son estructuras profundas (>6m). - Es difícil su construcción en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel freático sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando esté vació. - El efluente que sale del tanque es de mala calidad orgánica y microbiológica. - En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto. (OPS, 2005) Conocidas las ventajas y desventajas del tanque imhoff, quedará a criterio del ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad, en la localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso doméstico. 27 El tanque imhoff elimina del 40 al 50% de sólidos suspendidos y reduce la DBO de 25 a 35%. Los lodos acumulados en el digestor del tanque imhoff se extraen periódicamente y se conducen a lechos de secados. Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomendaría es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos en el efluente. A continuación se presenta la metodología a seguir para el diseño del tanque imhoff por cada componente de éste, incluido el lecho de secado: (OPS, 2005) 1.2.9.2. Diseño de tanque IMHOFF Para el dimensionamiento de tanque imhoff se tomarán en consideración los criterios de la Norma OS.090 “Planta de Tratamiento de Aguas Residuales” del Reglamento Nacional de Construcción. Según (OPS-2005) El tanque imhoff típico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos: a) Cámara de sedimentación. b) Cámara de digestión de lodos. c) Área de ventilación y cámara de natas. Figura 1.3 tanque IMHOFF FUENTE: OPS-2005 28 Además de estos compartimientos se tendrá que diseñar el lecho de secados de lodos. 1.2.9.3. Diseño del sedimentador a) Caudal de diseño, m3 /hora QP= (Población x Dotación / 1000) x %contribución…………………….(1.19) Dotación, en litro/hab/día. b) Área del sedimentado (As, en m2) As=Qp / Cs……………………………………………...(1.20) Donde: Cs: Carga superficial, igual a 1 m3/(m2 *hora) c) Volumen del sedimentado (Vs, en m3) Vs= Qp*R……………………………………………………(1.21) R: Periodo de retención hidráulica, entre 1,5 a 2,5 horas (recomendable 2 horas). - El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente de los lados respecto a la horizontal tendrá de 50° a 60°. - En la arista central se debe dejar una abertura para paso de los sólidos removidos hacia el digestor, esta abertura será de 0,15 a 0,20 m. - Uno de los lados deberá prolongarse, de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y sólidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situación que reducirá la capacidad de remoción de sólidos en suspensión de esta unidad de tratamiento. (OPS, 2005) 29 Figura N° 1.4 detalles de tanque IMHOFF FUENTE: OPS-2005 d) Longitud mínima del vertedero de salida (Lv, en m) Lv = Qmax / Chv………………………..………………(1.22) Dónde: Qmax : Caudal máximo diario de diseño, en m3/dia. Chv : Carga hidráulica sobre el vertedero, estará entre 125 a 500 m3 /(m*dia), (OPS, 2005) 1.2.9.4. Diseño del digestor a. Volumen de almacenamiento y digestión (Vd, en m3). Para el compartimiento de almacenamiento y digestión de lodos (cámara inferior) se tendrá en cuenta la siguiente tabla: Tabla 1.1 Volumen de almacenamiento y digestión Temperatura °C Factor de capacidad relativa (fcr) 5 2.0 10 1.4 15 1.0 20 0.7 >25 0.5 Fuente: OPS-2005 Vd = (70 * P * fcr)/1000…………………….(1.23) 30 Donde: fcr : factor de capacidad relativa, ver tabla 1.1. P : Población. - El fondo de la cámara de digestión tendrá la forma de un tronco de pirámide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos. - Las paredes laterales de esta tolva tendrán una inclinación de 15° a 30° con respecto a la horizontal. - La altura máxima de los lodos deberá estar 0,50 m por debajo del fondo del sedimentador. b. Tiempo requerido para digestión de lodos El tiempo requerido para la digestión de lodos varia con la temperatura, para esto se empleará. Tabla 1.2 Tiempo de digestión en días Temperatura °C Tiempo de digestión en días 5 110 10 76 15 55 20 40 >25 30 Fuente: OPS-2005 c. Frecuencia del retiro de lodos Los lodos digeridos deberán retirarse periódicamente, para estimar la frecuencia de retiros de lodos se usarán los valores consignados en la tabla 1.2. La frecuencia de remoción de lodos deberá calcularse en base a estos tiempo referenciales, considerando que existirá una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos; estos últimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intérvalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deberá ser por lo menos el tiempo de digestión a excepción de la primera 31 extracción en la que se deberá esperar el doble de tiempo de digestión. (OPS, 2005) 1.2.9.5. Extracción de lodos - El diámetro mínimo de la tubería para la remoción de lodos será de 200 mm y deberá estar ubicado 15 cm por encima del fondo del tanque. - Para la remoción se requerirá de una carga hidráulica mínima de 1,80 m. (OPS, 2005) 1.2.9.6. Área de ventilación y cámara de natas Para el diseño de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrán en cuenta los siguientes criterios: - El espaciamiento libre será de 1,0 m como mínimo. - La superficie libre total será por lo menos 30% de la superficie total del tanque. - El borde libre será como mínimo de 0,30 cm. (OPS, 2005) 1.2.9.7. Lechos de secados de lodos Los lechos de secado de lodos son generalmente el método más simple y económico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta lo ideal para pequeñas comunidades. (OPS, 2005) - Carga de sólidos que ingresa al sedimentador (C, en Kg de SS/día). C =Q*SS*0.0864………………………….………… (1.24) Donde: SS: Sólidos en suspensión en el agua residual cruda, en mg/l. Q: Caudal promedio de aguas residuales. A nivel de proyecto se puede estimar la carga en función a la contribución percápita de sólidos en suspensión, de la siguiente manera: 32 C = Población*contribución percapita (prSS/hab*dia) 1000 …… …..(1.25) En las localidades que cuentan con el servicio de alcantarillado, la contribución Percápita se determina en base a una caracterización de las aguas residuales. Cuando la localidad no cuenta con alcantarillado se utiliza una contribución percápita promedio de 90 gr.SS/(hab*día). (OPS, 2005) - Masa de sólidos que conforman los lodos (Msd, en Kg SS/día) Msd=(0.5*0.7*0.5*C)+(0.5*0.3*C)………………………(1.26) - Volumen diario de lodos digeridos (Vel, en litros/día) Vld= Msd / Ρlodo*(%de solidos/100)…………………..(1.27) Donde: ρlodo: Densidad de los lodos, igual a 1,04 Kg/l. % de sólidos: % de sólidos contenidos en el lodo, varía entre 8 a 12%. - Volumen de lodos a extraerse del tanque (Vol, en m3) Vol=(Vld*Td)/1000………………………………..……….(1.28) Donde: Td : Tiempo de digestión, en días (ver tabla 3.2). - Área del lecho de secado (Als, en m2) Als=Vel/Ha…………………………………………………(1.29) Donde: Ha: Profundidad de aplicación, entre 0,20 a 0,40m 33 El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6 m., pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m. Alternativamente se puede emplear la siguiente expresión para obtener las dimensiones unitarias de un lecho de secado. 1.2.10. Ubicación y recubrimiento de tuberías de alcantarillado a). Ubicaciones de colectores de aguas negras La tubería principal de alcantarillado se ubicará entre el medio de la calle y el costado de la calzada; a partir de un punto, ubicado como mínimo a 1.50 metros del cordón de la vía y hacia el centro de la calzada. El recubrimiento mínimo medido a partir de la campana del tubo será de 1.20 m para zonas con acceso vehicular y de 0.60 m para zonas sin acceso vehicular y/o en zona rocosa, debiéndose verificar, para cualquier profundidad adoptada, la deformación (deflexión) de la tubería generada por cargas externas. Para toda profundidad de enterramiento de tubería, el proyectista planteará y sustentará técnicamente la protección empleada, la que estará sujeta a la aprobación por parte del Equipo Técnico correspondiente. (RNE-Norma OS 070, 2009) b). Profundidad de los colectores En los tramos de conexión domiciliar, los límites de profundidad de tuberías en las zanjas, para protección contra las variaciones de carga viva e impacto serán de 1.20 a 3.00 m de relleno sobre la corona de la tubería. Si el espesor del relleno es menor de 1.20 m. habrá que proteger la tubería con losetas de concreto armado sobre muros laterales de mampostería; a profundidades mayores que 3.0 m se diseñarán colectores superficiales paralelos para conectar las acometidas Domiciliares. Cuando se trate de viviendas de interés social y específicamente a tuberías de drenaje de Aguas Negras instaladas en pasajes peatonales, la profundidad podrá ser como Mínimo 0.8 m sin necesidad de protecciones. (RNE-Norma OS 070, 2009) 34 1.2.11. Tratamiento de las aguas residuales La reunión y concentración de los residuos líquidos de una comunidad, llamadas aguas negras o residuales, crea el subsecuente problema de su evacuación, problema que es necesario resolver para la salud y bienestar de los habitantes. Para esto es necesario darle un tratamiento adecuado a las aguas residuales. El tratamiento de las aguas residuales puede llevarse a cabo mediante diferentes métodos. Todos estos métodos se basan en fenómenos físicos, químicos y biológicos. Su objetivo es producir un líquido derivado, que se pueda eliminar sin causar ningún perjuicio al medio ambiente. Después de evacuar el afluente de una planta de tratamiento de aguas negras, también quedan los sólidos y el agua contenida en los sólidos, que han sido separados de las aguas negras y los cuales, también deben ser tratados de una manera adecuada antes de su disposición final. (CABRERA, 2013). a.- Tratamiento preliminar Los tratamientos preliminares son destinados a preparar las aguas residuales para que puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin perjudicar a los equipos mecánicos y sin obstruir tuberías y causar depósitos permanentes en tanques. Sirven también para minimizar algunos efectos negativos al tratamiento tales como grandes variaciones de caudal y de composición y la presencia de materiales flotantes, como aceites, grasa y otros. De éstos, prácticamente todas las plantas de tratamiento incluyen rejas y desarenadores. Los demás tipos de unidades son frecuentemente empleadas para residuos líquidos. El tratamiento es físico, puesto que la remoción de éstos sólidos de mayor tamaño se lleva a cabo por el proceso de tamizado y por la sedimentación en el desarenador a través de la interacción de fuerzas como la gravedad, diferencias de concentración y el tamaño de las partículas. (CABRERA, 2013). 35 b.- Tratamiento primario El tratamiento primario constituye el primero, y a veces el único tratamiento de las aguas residuales. Este proceso elimina los sólidos flotantes y los sólidos en sedimentables tanto finos como gruesos. Si la planta provee solamente un tratamiento primario, se considera que el efluente sólo ha sido parcialmente tratado. Es un simple tratamiento físico que consiste en la separación de elementos sólidos que contiene el agua. El tratamiento primario persigue retener una buena parte de los sólidos en suspensión que lleva el agua residual (entre un 90 y 95% de los sólidos sedimentables). A fin de lograr lo anterior se emplea el efecto de la gravedad, para que se depositen los sólidos sedimentables en los sedimentadores o en las lagunas. Los parámetros de diseño apuntan a un tiempo de retención y velocidad del líquido lo más constante posible, impidiendo las variaciones de caudal, con la finalidad de que los lodos y la espuma recogida en el fondo y la superficie no se vuelvan a mezclar con el líquido y puedan separarse para ser enviados a tratamiento posteriores. Otro propósito es conseguir un rendimiento suficiente para el correcto funcionamiento del tratamiento secundario. En algunas ocasiones se potencia el tratamiento primario con la adición de reactivos de manera que aumenta la formación de sólidos sedimentables a partir de sólidos coloidales ó disueltos. En otras es necesario proceder a la neutralización del pH antes de la siguiente etapa de tratamiento. La actividad biológica no es particularmente importante en el tratamiento primario aunque la materia orgánica y los lodos residuales pueden sufrir una digestión parcial si el tiempo de retención es largo. Entre algunos de los elementos más empleados en el tratamiento primario están: Sedimentadores Primarios Fosas Sépticas. Tanque Imhoff. (CABRERA, 2013). 36 1.2.12. Evaluación económica de red de alcantarillado y PTAR 1.2.12.1. Evaluación del proyecto a) Evaluación Socioeconómica La Evaluación Socioeconómica, mide el incremento en el bienestar de la población gracias a consecuencia del proyecto. Por lo tanto, consiste en determinar los costos y beneficios generados por un proyecto valorados por las razones precios cuenta de eficiencia de los insumos básicos de la economía El Ministerio de Hacienda establece los parámetros para la valoración de beneficios y costos, que deberán aplicar todas las instituciones del sector público para la evaluación socioeconómica de sus proyectos de inversión. (CHU, 2003) b) Identificación y Estimación de los Beneficios Los beneficios que un proyecto de alcantarillado puede. Proporcionar a la sociedad son fácilmente identificables pero su valoración es compleja, debido a que no pueden determinarse vía excedente del consumidor y/o productor ni por la suma de Las variaciones compensadas de los beneficiarios, dado que estos bienes no son transables en un mercado. Por esta razón es necesario emplear metodologías alternativas como el análisis de costo eficiencia, la valoración contingente o la cuantificación de costos evitados y/o reducidos. (CHU, 2003) c) Beneficios en Proyectos de Alcantarillado Los beneficios identificables generados por la implementación o mejora de un sistema de alcantarillado son: - Beneficios directos en los usuarios del servicio: salud pública, y mejoramiento del nivel de vida, difíciles de medir a través de la Disposición a pagar. - Cuando el proyecto consiste en la construcción de sistemas nuevos se generan beneficios indirectos: los cuales se relacionan con los aspectos ambientales (menor contaminación, reducción de olores, mantenimiento de la vegetación, recuperación de áreas, etc.), mejora en los indicadores de salud y la calidad de vida de la 37 población (disminución de la generación y propagación de enfermedades infecciosas), los cuales son difíciles de cuantificar, pero que sin embargo constituyen beneficios que la población recibe y se traducen en la Disposición a Pagar. - Cuando el proyecto consiste en la rehabilitación, reconstrucción o reemplazo de parte del sistema existente que ofrezca iguales o superiores niveles de la calidad del servicio: los beneficios se refieren principalmente a la liberación de recursos por reducción de costos de operación y mantenimiento del servicio en la situación con proyecto. Este beneficio puede. calcularse como el costo que dejarán de pagar los beneficiarios al recibir el nuevo servicio. (CHU, 2003) 1.2.12.2. Evaluación Privada - Financiera La evaluación privada es la comparación de los beneficios y costos atribuibles a la ejecución del proyecto desde el punto de vista privado, con el objetivo de emitir un juicio sobre la conveniencia de que un inversionista privado asigne recursos financieros al proyecto. Con este fin se debe determinar el flujo de ingresos y gastos que generará el proyecto, valorados con los precios de mercado vigentes. Debe considerar todos los ingresos planeados y se hace bajo dos consideraciones: i) sin financiamiento y ii) incluyendo la estructura de financiamiento. La primera evaluación supone que todas las compras y ventas son al contado y que todo el capital es propio, es decir, esta evaluación privada del proyecto no considera el problema financiero, por lo cual permite determinar la sostenibilidad operativa del proyecto. Por otra parte, la segunda evaluación contempla en su análisis todos los flujos financieros del proyecto, distinguiendo entre capital propio y prestado o donado; esta evaluación es pertinente para determinar la llamada “capacidad financiera” del proyecto y la rentabilidad del capital propio invertido en el mismo. (CHU, 2003) 38 a) Identificación y Estimación de los Ingresos Proyectos de Alcantarillado.- Establecer las fuentes de ingresos posibles para el proyecto, tanto para la inversión como para la operación y el mantenimiento del proyecto. Ingresos propios del proyecto mediante cobro de tarifas por la prestación del servicio. En este caso se deberá presentar el estudio realizado para la elaboración de la estructura tarifaria incluyendo el esquema de recaudo a utilizar por el proyecto. De acuerdo con la nueva Ley de Servicios de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario, el régimen tarifario deberá estar orientado por los principios de eficiencia económica, neutralidad, solidaridad, redistribución, suficiencia financiera, simplicidad y transparencia. El valor del servicio de alcantarillado en zonas urbanas y rurales deberá calcularse conforme al Reglamento de Precios y Tarifas. En el caso de alcantarillado rural la tarifa deberá calcularse con base en el Reglamento de Precios y Tarifas en Zonas Rurales. (CHU, 2003) 1.2.12.3. Análisis Costo – Efectividad del Sub Componente Alcantarillado Metodología Costo/Efectividad En esta parte, para la Evaluación del mismo, se ha elegido la Metodología del Costo Efectividad, por los indicadores de beneficio son de orden cualitativo, para lo cual se utilizará el Valor Actual de los Costos (VAC), que es el resultado de la actualización del valor de los precios corrientes o nominales de mercado, para un horizonte de evaluación determinado para el subcomponente, a una tasa promedio de anual del proyecto a evaluar. (CHU, 2003) Con esta Alternativa de intervención, el Valor Actual de los Costos de Inversión y post inversión a precios sociales (VAC), para un horizonte de evaluación de dicho proyecto, que incluye el costo de la inversión a precios sociales y el costo de Operación y mantenimiento a precios sociales. (CHU, 2003) 39 Alcantarillado sanitario En este caso, como se indicó anteriormente, no se realiza un cálculo de los beneficios de manera cuantitativa. Pero sí se deben identificar de manera cualitativa, y deben ser compatibles con los fines identificados en el árbol de objetivos que se elaboró en el Módulo de Identificación. Para el caso seguido como ejemplo (ciudad NN), se identificaron los siguientes beneficios: - Reducción de incidencia de enfermedades y, por lo tanto, reducción de los gastos en salud para la sociedad. - Disminución de la contaminación ambiental, al evitarse el vertido de las aguas residuales sin un adecuado tratamiento. - Evitar la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. - Mejoramiento del paisaje y recuperación de la naturaleza. - Aumento del turismo al disponer de un ambiente limpio y saludable. - Aumento de las actividades económicas al contarse con un ambiente apropiado que pueda atraer posibles inversiones. (SNIP, 2015) 1.3. MARCO LEGAL El presente trabajo de tesis: “ESTUDIO DE FACTIBILIDAO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA LOCALIDAD DE ANCHACCHUASI – VINCHOS - HUAMANGA” se desarrollara de acuerdo a la norma establecido OS.070 (redes de aguas residuales) y OS.090 (planta de tratamiento de aguas residuales) y teniendo en consideración el decreto supremo siguiente: DECRETO SUPREMO Nº 021-2009-VIVIENDA El PRESIDENTE DE LA REPÚBLICA CONSIDERANDO: Que, el Artículo 2° de la Ley N° 27792, Ley de Organización y Funciones del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, establece que es competencia del Ministerio, formular, aprobar, ejecutar y supervisar las políticas de alcance nacional aplicables en materia de vivienda, urbanismo, construcción y saneamiento, correspondiéndole por tanto dictar normas 40 de alcance nacional y supervisar su cumplimiento; Que, asimismo el literal a) del Artículo 8° del Reglamento de Organización y Funciones del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, aprobado por Decreto Supremo N° 002-2002-VIVIENDA, establece que el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento diseña, norma y ejecuta la política nacional y acciones del sector en materia de vivienda, urbanismo, construcción y saneamiento; Que, la Ley N° 26338, Ley General de Servicios de Saneamientos, en adelante la Ley General, ha declarado que dichos servicios son de necesidad y utilidad pública y de preferente interés nacional, cuya finalidad es proteger la salud de la población y el ambiente; Que, el Artículo 15° de la Ley General, establece que los usuarios de los servicios de saneamiento tienen la obligación de hacer uso adecuado de dichos servicios, no dañar la infraestructura correspondiente y cumplir con las normas que los Reglamentos de las entidades prestadoras establezcan; asimismo dispone que el daño o la depredación de los equipos e instalaciones de los servicios de saneamiento; así como el uso indebido de los mismos serán sancionados en la forma que establezca el Reglamento de la Ley General. el tercer párrafo del Artículo 79° de la Ley N° 29338, Ley de Recursos Hídricos, establece que corresponde a la autoridad sectorial competente la autorización y el control de las descargas de agua residual a los sistemas de drenaje urbano o alcantarillado; Que, las descargas de aguas residuales no domésticas en la red de alcantarillado sanitario contienen concentraciones elevadas de sustancias contaminantes o tóxicas que deben ser reguladas, controladas y fiscalizadas, a fin de evitar el deterioro de las instalaciones, infraestructura sanitaria, maquinarias y equipos, disminuyendo los costos de su operación y mantenimiento, y evitando el deterioro de los procesos de tratamiento de las aguas residuales. 41 II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA 2.1.1. Ubicación política: Políticamente la zona de estudio se encuentra asi:  Región : Ayacucho  Departamento : Ayacucho  Provincia : Huamanga  Distrito : Vinchos  Lugar : C.P. Anchacc huasi 2.1.2. Ubicación geográfica: La ubicación geográfica en encuentra en los Andes del Perú, al Noroeste de la región Ayacucho  C.p. Anchacc huasi - Vinchos:  ESTE : 571468.25  Longitud oeste : 8530004.05  Altitud : 3,245 m.s.n.m 42 Figura 2.1 Ubicación Geográfica Figura 2.2 Ubicación del proyecto UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL DISTRITO DE PERÚ HUAMANGA AYACUCHO LOCALIDAD: ANCHACC HUASI M 43 2.1.3. Limites Los límites del distrito de Vinchos presentan accidentes naturales como quebradas, ríos, acuíferos, teniendo los siguientes límites: Por el Este: Con los Distritos de Socos, Ticllas y Chiara (Provincia de Huamanga), y los Morochucos (Provincia de Cangallo). Por el Oeste: Con el distrito de Pillpichaca Provincia de Huaytará, departamento Huancavelica). Por el Norte: Con los Distritos de Pillpichaca, (Provincia de Huaytará Departamento de Huancavelica y con el Distrito de Santo Tomás de Pata Provincia de Angaraes, Departamento de Huancavelica). Por el Sur: Con el Distrito de Chuschi y Paras (Provincia de Cangallo). 2.1.4. Vías de Comunicación El acceso al distrito de Vinchos, es por la ruta Ayacucho - Vinchos (55 km. aproximadamente), en un tiempo aproximado de 1:30 horas en colectivos y en movilidad particular en un tiempo promedio de una hora. Para llegar a la capital del distrito se recorre parte de la Vía los Libertadores (40 km.) hasta el lugar denominado Casacancha, para luego tomar un desvío de carretera asfaltada y al cabo de 15 minutos, luego de transitar aproximadamente 10.5 km. de distancia, finalmente se arriba a la capital del distrito de Vinchos. El referido tramo hasta el desvío es parte de la carretera de integración “Los Libertadores” Ayacucho - Ica - Lima. 44 Figura 2.3 Red vial para el distrito de Vinchos-Anchacc Huasi Fuente: Ministerio de Transportes 2011 2.2. Climatología y recurso hídricos. 2.2.1 Clima El clima de Vinchos es templado seco con una temperatura, promedio anual máxima de 12.9ª C con variaciones de 10º C entre el día y la noche, igualmente entre el sol y la sombra; y la media anual mínima es de 6.5º C. El clima del distrito es templado y frío en razón de cubrir los pisos ecológicos, comprendidos entre la zona Quechua localizada entre los 2,500 m y 3,600 m la zona Suni que se localiza entre los 3,600 m y 4,100 m y la zona de Puna por encima de los 4,100 m.La mayor parte del distrito se ubica en la zona intermedia, caracterizado por un clima templado, con temperaturas promedio de 18º C. .2.2.2. Temperatura.- La temperatura media anual máxima es de 12.9º C. y la media anual mínima es de 6.5º C. En las estaciones de verano puede alcanzar máximas de 22º C y 26º C durante el día y con una temperatura promedio de 24º C. En la estación de invierno la temperatura diurna alcanza 45 16º C pudiendo bajar en las noches frías de 4º C a 0º C. Sin embargo se puede notar pequeñas diferencias de temperatura por zonas. 2.2.3. Recurso Hídrico Las principales fuentes hídricas son: a). Microcuenca del Río Chicllarazo: Tiene su origen en la Laguna de Yanaqocha, Atococha y Misaqocha en la provincia de Chuschi a 4,400 m.s.n.m. aproximadamente. El río Chicllarazo a la margen derecha tiene como afluentes los ríos Llachoqhuayqo, Challhuamayo y el río Matarayoq que desembocan a una cota de 3,310 m.s.n.m. b). Microcuenca del Río Apacheta: El río Apacheta es un afluente del río Cachi, durante su recorrido se ha construido la bocatoma apacheta que ha sido construido por el Proyecto del río Cachi donde deriva sus aguas hacia la margen derecha. c). Microcuenca del Río Paccha: Durante el recorrido del río Paccha es aprovechada el agua mediante la captación de bocatomas directas para derivar sus aguas tanto hacia la margen derecha e izquierda del río mediante canales revestidos como es el caso del canal Patahuasi que tiene una longitud de 13 Km que fue construido por Vecinos Perú y otros canales no revestidos. El río Paccha es un afluente del río Cachi desembocando en la cota 2,300 m.s.n.m. La Cuenca del Río Cachi: El río Chicllarazo es afluente de la sub cuenca del río Cachi, con una longitud promedio de 96 Km. Otros tributarios principales son los ríos de Apacheta y Paccha. Todos fluyen hacia el río Mantaro.Existen posibilidades de aprovechar el recurso agua de los ríos Paccha y Cachi para irrigar terrenos agrícolas que actualmente no cuentan con dicho elemento. 2.2.4. Hidrografía El distrito de Vinchos cuenta con recurso hídrico, aprovechado al 40 % adecuadamente. Al interior del territorio del distrito discurren riachuelos que 46 son tributarios del río Vinchos - Pampas, siendo este río el principal que recorre de norte a sur desembocando aguas abajo en el Río Pampas 2.2.5.- Precipitación y Humedad Relativa La precipitación pluvial, como expresión del comportamiento de los fenómenos de la naturaleza inicia en el mes de setiembre y concluye en el mes de abril, mostrándose con mayor intensidad en los meses de enero, febrero y marzo, época donde incrementa el caudal de los ríos y riachuelos. La precipitación promedio máximo total del año es de 1,119 mm., y promedio mínimo de 410 mm. Asimismo la humedad Relativa más elevada se presenta en el mes de marzo con 70.6% y la más bajas se presentan en los meses de junio y julio. 2.3. MATERIALES Y EQUIPOS Entre los materiales, equipos y software que se va utilizar durante la elaboración del proyecto de tesis son los siguientes: a.- Materiales.  libreta de campo  planos topográficos  pinturas  wincha de 50 m  papel b.- Equipos Herramientas:  Estación total Marca TOPCON ES-105  Cámara fotográfica  GPS  Computadora portátil (Laptop).  Impresora y escáner.  Auto CAD Civil 3D 2015.  Google earth.  SewerCad 47  S-10  Microsof office.  Excel (hojas de cálculo) 2.4. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN El presente trabajo de investigación se clasifica de la siguiente forma: - Tipo de investigación: Aplicada - Nivel de investigación: Descriptivo - Diseño de investigación: No experimental. - Población: La población total de estudio es 193 familias con un total 974 de habitantes de la localidad de Anchacc Huasi-Vinchos. El procedimiento metodológico de la investigación son los siguientes: 2.4.1. Fase preliminar 2.4.1.1. Diagnóstico de situación de red de alcantarillado y Tratamiento De Aguas Residuales. Según la información del INEI en la capital distrital sólo el 0.55% de la población cuenta con instalación de desagüe para el tratamiento de aguas residuales, dentro como fuera de la vivienda. 5.66% de la población cuenta con instalación de pozo séptico, 64.06% con letrina, 2.03% en rio o acequia y 27.60% no cuenta con un lugar para la disposición de sus excretas. Según el diagnóstico realizado en la localidad de Anchacc Huasi es necesario realizar el tratamiento de excretas ya que es un foco de infección y contaminación a los pobladores incidiendo en su salud. Por otra parte, según el diagnóstico realizado de la zona solo el 6.21% de familias cuenta con tratamiento de aguas residuales, en comparación del 93.7%, constituyendo un grave problema de contaminación a la población y al ambiente. 48 Tabla 2.1. Vinchos: viviendas según tipo de servicio higiénico, 2007 Servicios conectados N°de viviendas % Red pública de desagüe (dentro de la vivienda) 12 0.30 Red pública de desagüe 10 0.25 Pozo séptico 226 5.66 Pozo ciego o negro / letrina 2,556 64.06 Río, acequia o canal 81 2.03 No tiene servicios higiénicos 1,105 27.69 TOTAL 3,990 100.00 Fuente: INEI - Censos Nacionales 2007: XI de Población y VI de Vivienda 2.4.2. Trabajos de campo a) Reconocimiento de campo Antes de realizar los trabajos de campo se realizó un reconocimiento de toda la zona de proyecto, con la finalidad de definir las posibles ubicaciones de las redes de alcantarillado y la planta de tratamiento de aguas, permitiendo corroborar la información y tener una idea general del mejor aprovechamiento. Se ubicó las obras de saneamiento se hace de conocimiento de la comunidad, para que se involucren en el proyecto y no se genere ninguna contingencia durante la ejecución de los trabajos. b) Levantamiento topográfico El levantamiento topográfico se realizó con una cuadrilla de trabajo, primeramente se tomaron las coordenadas con respecto al Este, Norte y la cota con un GPS para referenciarse. Luego se estableció la materialización del BM en lugares estratégicos, para posteriormente usarlo en el replanteo las cuales irán indicadas en los planos. Luego se procedió con el levantamiento topográfico en toda la red de alcantarillado y las ubicaciones de los buzones en cada vértice centro de las calles de zona. Los datos obtenidos en cada punto topográfico fueron como: norte, este, cota, descripción de puntos, con estos datos se realizara el dibujo de planos topográfico y en lo posteríos sus diseños de la red de alcantarillado 49 y PTAR. Este trabajo se efectuaron con una estación total TOPCON ES-105, el presente estudio tiene los siguientes trabajos topográficos. - Control plano - altimétrico - establecer una poligonal cerrada para el control horizontal y una nivelación diferencial en circuito de poligonal. - Se realizó trazo de la red de alcantarillado, planta de tratamiento en la localidad de Anchacc Huasi. Los equipos empleados en el trabajo de campo fueron:  01 Estación Total marca TOPCON ES-105.  03 prismas.  01 GPS Navegador GARMIN, modelo MAP 76CSX.  Fluxómetro de 5 ml 2.4.3. Trabajos de gabinete 2.4.3.1. Dibujo de planos topográfico Si dibujaron los planos topográficos de la red de alcantarillado en planta con Los resultados obtenidos de trabajo de campo están las cuales se ubican en las coordenadas geográficas WGS-84 y ubicadas en la zona 18 sur. Los trabajos de gabinete consistieron básicamente en el procesamiento de puntos topográficos, se utilizó el software “Autocad Civil 3D 2014”. Para el dibujo de red de Alcantarillado y planta de tratamiento de aguas residuales. (Ver anexo de planos) 2.4.4. Calculo de población y caudal de diseño 2.4.4.1. Población Afectada La población beneficiaria posee un total de 974 habitantes el año 2015- noviembre, en las localidades del Centro Poblado de Anchacc Huasi del distrito de Vinchos. Todos ellos agrupados en 193 familias de acuerdo al acta del padrón en Noviembre del año 2015(ver anexo de padrón). El último censo de población y vivienda INEI 2007 del distrito Vinchos de los cuales el 48% son varones y el 52% son mujeres. En localidad de Anchacc 50 huasi no cuentan con un servicios públicos de una red de alcantarillad y su planta de tratamiento de aguas residuales. La densidad poblacional es de 5.77 Hab/vivienda y la población en un 96% tiene residencia estable en la zona. 2.4.4.2. Tasa Crecimiento demográfico Según información disponible y obtenida del estudio realizado por el Instituto Nacional de Estadística e Informática INEI al año 2007 el distrito de Vinchos tiene una población de 15,787 habitantes, INEI al año 1993 el distrito de Vinchos tiene una población de 12,687 habitantes, con una tasa de crecimiento de 1.50%, cifra equivalente a las tasas de crecimiento que presentan la provincia de Huamanga y la Región de Ayacucho; se calculado por diferente métodos que muestra los indicadores del proyecto en el cuadro siguiente: Tabla 2.2 Población total, por área urbana y rural, y sexo, según departamento, provincia, distrito y edades simples, 2007 DEPTO, PROVINCI A, TOTAL POBLACIÓN TOTA L URBANA TOTA L RURAL DISTRITO Y EDADES SIMPLES HOMBRE S MUJERE S HOMBR ES MUJER ES HOMBRE S MUJE RES Distrito VINCHOS 15787 7550 8237 669 325 344 15118 7225 7893 Fuente: INEI - Censos Nacionales 2007: XI de Población y VI de Vivienda Cálculos de tasa de crecimiento poblacional para distrito de Vinchos Tabla 2.3 Método aritmético TASA DE CRECIMIENTO DISTRITO DE VINCHOS CENSOS DEL INEI AÑOS 1993 2007 POBLACION 12687 15787 r=tasa de crecimiento TASA DE CRECIMIENTO (%) 1.75 1.745318605 FUENTE: INEI - IX CENSO DE POBLACION Y IV DE VIVIENDA 1993 Fuente : INEI - Censos Nacionales 2007 : XI de Población y VI de Vivienda 51 FUENTE: INEI - IX CENSO DE POBLACION Y IV DE VIVIENDA 1993 INSTITUTO NAIONAL DE ESTADISTICA (INEI) ENCUESTA NACIONAL DE HOGARES (ENANHO), ANUAL 2004 - 2011 FUENTE: oficina de gestión de la información y estadística Figura: 2.4 Tasa de crecimiento de la región de Ayacucho 2.4.4.3. Calculo de población futura y caudal de diseño del sistema de alcantarillado Se realizó los cálculos de población futura, para un periodo de diseño de 20 años, se detallan los siguientes cálculos: Tabla 2.4 Método Geométrico TASA DE CRECIMIENTO DISTRITO DE VINCHOS CENSOS DEL INEI AÑOS 1993 2007 POBLACION 12687 15787 factor exponencial 0.07143 fracción 1.24434 TASA DE CRECIMIENTO (%) 1.5 FUENTE: INEI - IX CENSO DE POBLACION Y IV DE VIVIENDA 1993 Tabla 2.5 Por Cálculos Referenciales TASA DE CRECIMIENTO EN LA REGION DE AYACUCHO Según las proyecciones poblacionales del INEI, el 2010 el departamento contaba con 650 718 habitantes (2.2 % del total nacional) siendo la Provincia de Huamanga la que Concentra la mayor población (38.6 % del total departamental). Su última tasa de Crecimiento intercensal es de 1.50%. TASA DE CRECIMIENTO (%) 1.50 52 El cálculo de población se realizó con el método aritmético para lo cual se utilizó la formula (1.7), en seguida se determinó los coeficientes de caudal máximo diario (k1) y coeficiente de caudal máximo horario (k2) según la figura: 1.1 y 1.2. Luego se realizó los cálculos de caudal de infiltración en la red de tubería teniendo en cuenta la longitud total y en los buzones, el cálculo se utilizó las formulas (1.14) y (1.15), luego se determinó el caudal de diseño teniendo como resultado de 3.59 l/seg, con este caudal se diseñara la red de tuberías. Con mayor detalle se puede observar en lo siguiente: CARACTERISTICAS DE CALCULO: A. PARAMETROS DE DISEÑO 1 POBLACION ACTUAL (Pa) 974 Hab. 2 TASA DE CRECIMIENTO ( r ) 1.50 % 3 PERIODO DE DISEÑO ( t ) 20 Años 4 POBLACION FUTURA 1266 Hab. 5 DOTACION POBLACIONAL 100 Lt/hab/día B. CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES 1 COEF. DE RETORNO AGUA RESIDUAL 80 % 2 CAUDAL DE AGUA RESIDUAL ( Qr ) Qr = Pf x Dotación x %Contribución 101.30 m3/día Qr (l/s) = Q (m3/día)/86.4 1.17 l/s C. CAUDAL MAXIMO HORARIO CONSTANTE CONSUMO MAX DIARIO ( K1 ) 1.30 CONSTANTE CONSUMO MAX HORARIO ( K2 ) 1.50 CAUDAL MAXIMO DIARIO (Qmd) =1.17x1.30 1.52 l/s CAUDAL MAXIMO HORARIO (Q mh) = 1.17x1.50 2.58 l/s D. CAUDAL DE INFILTRACION LONGITUD DE TODA LA RED 3.22 Km NUMERO DE BUZONES DE LA RED 61.00 Und CAUDAL DE INFILTRACION (Q inf.) Q1 = 20,000 Lt/Km·día x Longitud de la red 0.75 l/s Q2 = 380 Lt/buzón·día x # buzones 0.27 l/s Q inf. = Q1 + Q2 =0.75+0.27 1.01 l/s 53 E. CAUDAL TOTAL DE DISEÑO CAUDAL DE DISEÑO =2.58+1.01 3.59 l/s F. VERIFICACION DE DIAMETROS ( H = 3/4 D ) Valor de n 0.010 PVC Utilizando Manning Q = 0.312 x d^(8/3) x S^0.5 / n V tramo = Q tramo / A mojada V = 0.397 x d^(2/3) x S^0.5 / n 2.4.4.4. Caudales unitarios para la verificación hidráulica del sistema de alcantarillado En el siguiente proceso de cálculo se determinó el caudal unitario para ello se utilizó la siguiente formula. QU= Qmaxh(l/s / Pob., se puede observar Tabla 2.6. Cálculo de caudal unitario Qmaxh(l/s) (1) Población Actual (2) Caudal Unit.(lt/seg) (3)=(1)/(2) Área de total(m2) (4)=(6) Densidad Poblacional (m2/hab) (5)=(4)/(2) 3.59 974 0.00369 166605.97 171.05 En esta se realizó la distribución de caudales en cada buzón, teniendo en consideración de población sobre caudal unitario. Con este caudal se procederá realizar los cálculos hidráulicos de las tuberías de la red de alcantarillado. En la siguiente tabla se tiene distribuido los caudales unitarios: 54 Tabla 2.7. Cálculo de caudal por nudos y/o buzones Buzones Buzón/Punto Área (m2) (6) Población (7)=(6)/(5) caudal por Buzón lt/seg (8)=(7)x(3) BZ-1 1 595.47 3.48 0.013 BZ-1A 1A 595.47 3.48 0.013 BZ-2 2 1311.12 7.66 0.028 BZ-3 3 1161.81 6.79 0.025 BZ-3A 3A 1161.81 6.79 0.025 BZ-4 4 2779.53 16.25 0.060 BZ-5 5 2461.20 14.39 0.053 BZ-5A 5A 2461.20 14.39 0.053 BZ-6 6 2802.58 16.38 0.060 BZ-7 7 1336.95 7.82 0.029 BZ-8 8 1187.02 6.94 0.026 BZ-9 9 1472.60 8.61 0.032 BZ-10 10 2950.90 17.25 0.064 BZ-11 11 2342.93 13.70 0.050 BZ-12 12 3401.77 19.89 0.073 BZ-13 13 3051.33 17.84 0.066 BZ-14 14 4314.88 25.23 0.093 BZ-15 15 2173.72 12.71 0.047 BZ-16 16 2787.40 16.30 0.060 BZ-17 17 2547.45 14.89 0.055 BZ-18 18 2984.50 17.45 0.064 BZ-19 19 2819.10 16.48 0.061 BZ-20 20 3189.31 18.65 0.069 BZ-21 21 2170.27 12.69 0.047 BZ-22 22 2413.86 14.11 0.052 BZ-23 23 2948.76 17.24 0.064 BZ-24 24 3140.67 18.36 0.068 BZ-25 25 3130.85 18.30 0.067 BZ-26 26 4362.65 25.50 0.094 BZ-27 27 3285.13 19.21 0.071 BZ-28 28 1982.43 11.59 0.043 BZ-28A 28A 1982.43 11.59 0.043 BZ-28B 28B 1982.43 11.59 0.043 BZ-29 29 1809.60 10.58 0.039 BZ-30 30 2678.52 15.66 0.058 BZ-31 31 4358.33 25.48 0.094 BZ-32 32 1260.33 7.37 0.027 BZ-32A 32A 1260.33 7.37 0.027 BZ-33 33 1847.50 10.80 0.040 BZ-34 34 1142.90 6.68 0.025 BZ-34A 34A 1142.90 6.68 0.025 BZ-35 35 3432.03 20.06 0.074 BZ-36 36 3444.40 20.14 0.074 BZ-37 37 2032.05 11.88 0.044 BZ-38 38 1589.90 9.29 0.034 55 Continúa de la tabla 2.7… Buzones Buzón/Punto Área (m2) (6) Población (7)=(6)/(5) caudal por Buzón lt/seg (8)=(7)x(3) BZ-39 39 2366.57 13.84 0.051 BZ-40 40 1763.42 10.31 0.038 BZ-41 41 6104.17 35.69 0.132 BZ-42 42 3835.77 22.42 0.083 BZ-43 43 2069.20 12.10 0.045 BZ-44 44 1046.18 6.12 0.023 BZ-45 45 842.02 4.92 0.018 BZ-46 46 4166.20 24.36 0.090 BZ-47 47 2408.08 14.08 0.052 BZ-47A 47A 2408.08 14.08 0.052 BZ-48 48 2463.66 14.40 0.053 BZ-49 49 2226.00 13.01 0.048 BZ-50 50 2227.32 13.02 0.048 BZ-51 51 1624.86 9.50 0.035 BZ-52 52 1089.04 6.37 0.023 BZ-53 53 1653.08 9.66 0.036 BZ-54 54 2274.80 13.30 0.049 BZ-55 55 2633.48 15.40 0.057 BZ-56 56 2980.80 17.43 0.064 BZ-57 57 2807.36 16.41 0.060 BZ-58 58 4058.53 23.73 0.087 BZ-59 59 3442.00 20.12 0.074 BZ-60 60 4827.03 28.22 0.104 total 166605.97m2 974.00 3.590 2.4.5. Diseño de la red de tuberías Para este diseño hidráulico de las tuberías de red de alcantarillado si uso el programa SEWER CAD. Para ello se requieren los siguientes datos y parámetro, según el autor (Quezada, 2011) a) requisitos de información - se requiere trazos de la red realizados en civil 3D - cota de terreno o elevaciones en curvas de nivel - conectividad de la red y longitud - el caudal de diseño ya calculado anterior mente b) propiedades hidráulicas: se debe tener la informaciones de: - rugosidad de tubería a diseñar c) carga sanitaria - caudal máximo horario 56 - caudal unitario d) influentes pluviales e infiltraciones - tasa de infiltración para cada segmento de tubería - caudales de lluvias y/o influentes de drenaje e) colectores - catalogo propio de sewerCAD - propiedades de diseño (cotas de buzones: CT, CF) - material - tamaño - rugosidad f) secciones - este sección es definió por el usuario, para diseño se elegido sección circular g) materiales de los colectores - SewerCAD ofrece, muchos tipos de materiales en su librerías o catálogos, para este diseño se eligió material de PVC h) definición de colectores a gravedad - valor de diámetro en mm. - Longitud escalado - Material - Rugosidad “n” de Manning - Cotas al inicio y final i) definición de buzones - elevación de fondo - cota de terreno y tapa - diámetro de la estructura 2.4.5.1. Modelado de la red de alcantarillado en SEWERCAD En el siguiente proceso de diseño, se realizó la verificación de datos de simulación, luego se ejecuta la validación de datos insertados al programa SEWERCAD, luego se procedió al cálculo automático del programa. Luego se crea escenarios y alternativas para analizar el modelo en diferentes 57 situaciones. Los resultados obtenidos de diseño, ver anexo N° 01 Diseño tuberías de la red de alcantarillado en tabla 2.8 y 2.9 2.4.6. Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales Para el diseño de planta de tratamiento de aguas residuales se ha determinado el caudal de descarga de la red de alcantarillado. 2.4.6.1. Datos de Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales Tabla 2.10. Datos de diseño PTAR POBLACION ACTUAL 974 Habitantes TASA DE CRECIMIENTO 1.5 % POBLACION FUTURA 1266 Habitantes DOTACION 100 Lt/(Hab x dia) APORTE 0.80 CAUDAL PROMEDIO DESAGUE (Q) = 1266x100x0.80 101,296.00 Lt/dia En seguida se determinó lo siguientes: DBO, sólidos en suspensión y coliformes fecales, se realizó de acuerdo a los parámetros del reglamento nacional de edificación OS.090 “planta de tratamiento de aguas residuales”, y se tienen los siguientes datos del reglamento del RNE. Tabla 2.11. Aporte per cápita para aguas residuales domesticas - norma OS.090 Parámetro DBO5 DIAS, 20º C, gr/(hab*d) 50 SOLIDOS EN SUSPENSIÒN, gr/(hab.d) 90 NH3-N COMO N, gr/(hab.d) 8 N KJELDAHL TOTAL COMO N, gr/(hab.d) 12 FOSFORO TOTAL, gr/(hab.d) 3 COLIFORMES FECALES. Nº DE BACTERIAS/(hab.d) 2 x10^11 SALMONELLA SP., Nº DE BACTERIAS/(hab.d) 1 x10^8 NEMATODES INTES., Nº de huevos/ (hab.d) 4 x10^5 FUENTE: norma os.090: planta de tratamiento de aguas residuales item 4.3.6 58 Tabla 2.12. Para la selección de los procesos de tratamiento de las aguas residuales se usara como guía los valores del cuadro siguiente FUENTE: norma OS.090: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ITEM 4.3.13 Tabla 2.13. Límites máximos permisibles para los efluentes de PTAR Parámetro Unidad LMP de enfluentes para vertidos cuerpos de agua Aceites y grasas mg/L 20 Coliformes Termotolerantes NMP/100 ML 10,000 Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) mg/L 100 Demanda Química de Oxigeno mg/L 200 pH unidad 6.5 - 8.5 Solidos totales en Suspensión mg/L 150 Temperatura °C < 35 FUENTE: norma os.090: planta de tratamiento de aguas residuales a) Cálculos Demanda Bioquímica de Oxigeno –DBO5 Con los datos adquiridos se realizó los cálculos. Tabla 2.14. Calculo DBO afluente tanque IMHOFF CARGA ORGANICA = Población x carga percapita (dbo5) CARGA ORGANICA = 63,310.00 gr/dia CARGA ORGANICA = 63,310,000.00 mg/dia DBO5 AFLUENTE = Carga orgánica/Q =63,310,000/101,296 DBO5 AFLUENTE = 625.00 mg/Lt 59 Tabla 2.15. Calculo DBO5 efluente tanque IMHOFF % REMOCION DBO5 TANQUE IMHOFF = 30% de (Tabla 2.12) DBO5 EFLUENTE = 30%DBO5 AFLUENTE DBO5 EFLUENTE = DBO5 afluente tanque imhoff-(dbo5 afluente tanque imhoff x %remocion) =625-(625*0.30) = 437.50 DBO5 EFLUENTE = 437.50 mg/l Tabla 2.16. Calculo de DBO5 efluente filtro biológico % REMOCIÒN DBO FILTRO BIOLOGICO = 82% de (Tabla 2.12) DBO5 AFLUENTE FILTRO BIOLOGICO = 437.50 mg/l DBO5 EFLUENTE = DBO5 afluente filtro biológico-(DBO5 afluente filtro biológico x %remoción) =437.50-437*0.82 DBO5 EFLUENTE = 78.75 LMP = 100 mg/Lt Los resultados del cálculo de DBO5 se encuentran dentro de límite máximo permisible según la norma, DBO5 calculado es 78.75 se encuentra dentro LMP. b). Calculo de Sólidos en Suspensión afluente tanque IMHOFF El siguiente proceso se terminó los sólidos en suspensión, en el siguiente tabla se puede ver los cálculos de sólidos en suspensión. Tabla 2.17. Calculo de sólidos en suspensión afluente tanque IMHOFF CARGA DE SOLIDOS EN SUSPENSION = población x sólidos en suspensión percápita (tabla 2.11) =1266 X 90 CARGA DE SOLIDOS EN SUSPENSION = 113,958.00 gr/dia CARGA DE SOLIDOS EN SUSPENSIÒN = 113,958,000.00 mg/dia SOLIDOS EN SUSPENSION AFLUENTE = Carga de sólidos en suspensión/Q =113958000/101296 SOLIDOS EN SUSPENSION AFLUENTE = 1,125.00 mg/Lt Tabla 2.18. Cálculo de sólidos en suspensión efluente tanque IMHOFF % REMOCIÒN SOLIDOS EN SUSPENSIÒN EN TANQUE IMHOFF = 60% (de tabla 2.12) SOLIDOS EN SUSPENSION EFLUENTE = 60% SOLIDOS EN SUPENSION DE AFLUENTE SOLIDOS EN SUSPENSION EFLUENTE = sólidos en suspensión afluente tanque imhoff - (sólidos en suspensión afluente tanque imhoff x %remoción) SOLIDOS EN SUSPENSION EFLUENTE = 1,125-1,125*0.60 = 450 mg/Lt 60 Tabla 2.19. Cálculo de sólidos en suspensión efluente filtro biológico % Remoción sólidos en suspensión filtro biológico = 80% (de tabla 2.12) Sólidos en suspensión afluente filtro biológico = 450 mg/Lt DBO5 EFLUENTE = sólidos en suspensión afluente filtro biológico - (sólidos en suspensión afluente filtro biológico x %remocion) =450-450*0.80 DBO5 EFLUENTE = 90.00 mg/Lt LMP = 150 mg/Lt El cálculo realizado de sólidos en suspensión se encuentra dentro de límite máximo permisible el resultado es de 90 mg/lt. Y según la norma el LMP es 150mg/lt. C).Calculo de Coliformes Termotolerantes (fecales) afluente tanque IMHOFF En los siguientes tablas se calculó los coliformes fecales. Tabla 2.20. Calculo de coliformes fecales afluente tanque IMHOFF CARGA DE COLIFORMES TERMOTOLERANTES = Población x coliformes fecales. nº de bacteria (Tabla-2.11) =1266 X 2 x10^11 CARGA DE COLIFORMES TERMOTOLERANTES = 2.5324E+14 Nº bacterias/día COLIFORMES TERMOTOLERANTES AFLUENTE = carga orgánica de sólidos en suspensión / Q =2.5324E+14/101,296 COLIFORMES TERMOTOLERANTES AFLUENTE = 2,500,000,000.00 Nº bacterias/Lt OLIFORMES TERMOTOLERANTES AFLUENTE = 250,000,000.00 Nº bacterias/100 ml Tabla 2.21. Cálculo de coliformes fecales efluente tanque IMHOFF REMOCION COLIFORMES TERMOTOLERANTES EN TANQUE IMHOFF = 1 CICLO LOG10 = 0.1 (tabla 2.12) REMOCIÓN COLIFORMES TERMOTOLERANTES EFLUENTE = 0.10 COLIFORMES TERMOTOLERANTES EFLUENTE = coliformes termotolerantes afluente tanque imhoff x remoción logarítmica de coliformes termotolerantes en tanque imhoff = 250,000,000 x 0.10 COLIFORMES TERMOTOLERANTES EFLUENTE = 25,000,000.00 Nº BACTERIAS/100 ml 61 Tabla 2.22. Calculo de coliformes termotolerantes efluente filtro Biológico REMOCION LOGARITMICA DE COLIFORMES TERMOTOLERANTES FILTRO BIOLOGICO = 0.01 COLIFORMES TERMOTOLERANTES FILTRO BIOLOGICO EFLUENTE = 25,000,000.00 Nº BACTERIAS/100 ml COLIFORMES TERMOTOLERANTES EFLUENTE FILTRO BIOLOGICO = coliformes termotolerantes afluente tanque imhoff x remoción unidad logaritmica en filtro biologico = 25,000,000 x 0.01 COLIFORMES TERMOTOLERANTES FILTRO BIOLOGICO EFLUENTE = 250,000.00 Nº BACTERIAS/100 ml COLIFORMES TERMOTOLERANTES FILTRO BIOLOGICO EFLUENTE = 2.50 x 10^5 LMP = 1x10^11 NMP/100 ml En el cálculo realizado de coliformes fecales, el resultado es menor a LMP, Si cumple con los requerimientos en coliformes termotolerantes por ello ya no se requiere ningún tipo de tratamiento adicional. Tabla 2.22-A. Resumen de cálculos de DBO5, Sólidos en suspensión y coliformes fecales de PTAR descripción Calculado LMP Población futura 1,266 Hab. Caudal promedio desagüe 101,296 lt/dia DBO5 78.75 mg/lt 100mg/lt Sólidos en Suspensión 90.00mg/lt. 150 mg/Lt Coliformes Fecales 2.50 x 10^5 Nº Bacterias/100 ml 1x10^11 N° Bacterias/100 ml 2.4.6.2. Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales Se realizó el diseño y dimensionamiento de planta de tratamiento de aguas residuales los cuales son: a). Diseño de desarenador: el diseño de desarenado, el calculó con un caudal de ingreso de 3.59 lt/seg. Los cálculos del dimensionamiento del desarenador se puede ver en el anexo N° 02 Y plano DCR-01. 62 b). Diseño de cámara de rejas grueso y finos: este diseño de rejas sirve como un tratamiento de solidos de mayores diámetros, los cálculos obtenidos se puede ver en. Anexo N° 02 Y plano DCR-01 c). Diseño de Tanque IMHOFF: el diseño de tanque IMHOFF es de sedimentación primaria para las aguas residuales, en la cual se realiza la remoción de sólidos orgánico e inorgánicos sedimentables. Los resultados de diseño se pueden ver en anexo N° 02 y el dibujo del plano de tanque IMHOFF se puede ver el anexo de planos DTI-04 de PTAR d). Dimensionamiento de lecho de secado: Se ha estimado la carga en función a la contribución percápita de sólidos en suspensión, de la siguiente manera: se calculó la carga de solidos que ingresan al sedimentador, luego se calculó la masa de sólidos, volumen de lodos ha extraerse del tanque y se dimensiono el área de lecho de secado. Ver el diseño en anexo N° 02 y plano de diseño DLS-05. e). Dimensionamiento de filtros biológicos: este de método de filtro es National Research Council (NRC) de los Estados Unidos de América Este método es válido cuando se usa piedras y arena como medio de filtro. Este método tiene eficiencia del filtro de 77% a 85%, para este filtro se realizó los cálculos de dimensionamiento. Ver el diseño en anexo N° 02 y plano de diseño DLS-06. 2.4.7. Evaluación económica del proyecto Se realizó el planteamiento del proyecto, teniendo como objetivo: Mejorar la calidad de vida de la población, “Disminución la contaminación y un adecuado manejo de aguas residuales”. El adecuada disposición de excretas, La Población contará con el servicio de red de alcantarillado y planta de tratamiento de aguas residuales, por lo que los efectos negativos en la salud disminuyen considerablemente. La evacuación económica de alcantarillado, se utiliza el método de costo- eficacia, esta evaluación se realizó a costo privado y costo social para los dos componentes independientemente. 63 Esta evaluación económica se realizó según la guía de saneamiento básico, La cual se realizó de la siguiente manera: a.- Análisis de demanda.- se realizó el análisis de la demanda para Alcantarillado y Planta de Tratamiento de aguas residuales. Se puede verificar los datos de análisis de demanda en el anexo 03 de evaluación económica tabla 2.27 y 2.28. b.- Oferta de los servicios de saneamiento: En dicha localidad no existe un servicio de un sistema de alcantarillado saneamiento tal como exigen las normas de saneamiento actual, solo existen letrinas de hoyo seco que ya no prestan servicio adecuado, en el anexo de Tabla 2.29 y figura 2.5, se puede visualizar la balance oferta demanda del sistema de alcantarillado y PTAR. c.- Análisis técnico del PIP: contempla en la Construcción de un sistema infraestructuras. Ver anexo 03 de evolución económica, se plantea una única alternativa de solución. Se realizaron los siguientes: los programas de capacitación, mitigación de impacto ambiental y gestión de riesgo. d.- Costos de operación y mantenimiento: se realizó la estimación de los costos de operación y mantenimiento del sistema de Alcantarillado y PTAR. En el anexo de evaluación se puede ver el costo de opresión y mantenimiento, ver la tabla 2.32y 2.33 a precios privados y luego se realizó flujo de costos a precios privados ver el resultado en la tabla 2.34 y 2.35. d.- Evaluación social: se realizó utilizando la metodología de costo/Beneficio, según las disposiciones del MEF, se ha tomado en cuenta las siguientes consideraciones: Se realiza el balance del flujo de beneficios y costos sobre sus valores incrementales ya determinados. Tasa social de descuento 9 %. 64 Para esta evaluación social se realiza el factor de corrección a los precios privados, los FC se encuentra en la guía de SNIP en la parte de evolución, los factores de corrección establecidos por el SNIP 10. Se puede verificar en el anexo de evaluaciones tabla 2.36 y 2.37. e.- Flujo de Costos Incrementales: se realizó los cálculos de los flujos de los costos incrementales a precios sociales ver tabla 2.38 y 2.39 del anexo evaluación. f.- Indicadores de rentabilidad social del proyecto: se ha determinado el valor actual de costo (VAC) y los indicadores de costo/efectividad (ICE) del mismo modo se ha actualizado los flujos con una tasa de descuento del 9% promedio anual. El resultado se puede ver en tabla 2.40 y 2.41, de igual forma se puede observar el resultado de resumen de evaluación social en la Tabla 2.47. En la cual nos indica el proyecto es beneficioso. g.- Sostenibilidad del PIP: Se realizara la organización través de la Junta Administradora de Servicios de Saneamiento (JASS), asumirán la responsabilidad de administrar, operar y mantener los servicios de saneamiento y PTAR, así mismo se comprometen a capacitarse para cumplir dicha responsabilidad, y a pagar las cuotas familiares establecidas de acuerdo a los costos de administración, operación y mantenimiento. h.- Impacto ambiental: se realizó los análisis de impacto ambiental que originara el proyecto en el proceso constructivo serán mínimos y limitados sin embargo después de la ejecución el impacto ambiental será tremendamente positivo, contribuyendo este hecho a la salud poblacional por mejores condiciones ambientales, se analizó de acuerdo a la directiva para la concordancia entre SEIA y el SNIP aprobada con RESOLUCION MINISTERIAL N° 052-2012-MINAM. i.- Organización y gestión: Los pobladores y autoridades de la localidad de influencia del proyecto, son los gestores para que el PIP se cristalice, Para la etapa de operación de PIP, la administración del servicio será a cargo del JASS. Dentro de los lineamientos del Gobierno Central a través del 65 Ministerio de Vivienda y Construcciones como parte del estado Peruano se tiene como objetivos de contar una red de alcantarillado y PTAR. Al término esta evolución se tiene el cronograma financiero del sistema de alcantarillado y planta de tratamiento de aguas residuales. Ver la tabla 2.45 y cronograma Física ver Tabla 2.46 y luego se elaboró el marco lógico ver el Tabla 2.49. 66 III. RESULTADOS Los resultados de estudio de factibilidad del sistema de alcantarillado y de planta de tratamiento de aguas residuales se obtuvieron de acuerdo al reglamento nacional de diseño de la norma OS.070 Y OS.090, si cumplió con los parámetros establecidos para el correcto funcionamiento del sistema de alcantarillado y PTAR para su aprobación y posterior ejecución del proyecto en la localidad de Anchacc Huasi del distrito Vinchos – Huamanga. 3.1. Resultado de Diseño de la red de alcantarillado, según la norma OS.070 Para el diseño de red de tuberías de alcantarillado se ha tenido los siguientes resultados calculados como son:  Tasa de crecimiento de 1.5, se terminó según las referencias de INEI se puede ver tabla 2.5.  población Actual 974 habitantes de acurdo al padrón realizado  Se tiene los resultados de cálculo de población futura para un periodo de diseño de 20 años de un total de 1266 habitantes, con ello se realiza los cálculos de diseño de red de alcantarillado y PTAR.  Se ha obtenido los resultados de caudal de diseño de 3.59 l/s, este cálculo se realizó teniendo en cuenta los caudales de máximo diario 67 y horario: k1 y k2, también se consideró los caudales infiltración (ver características de diseño, página 52)  Resultado de caudales unitarios, se puede observar la siguiente tabla Tabla 2.6. Cálculo de caudal unitario Qmaxh(l/s) (1) Población Actual (2) Caudal Unit.(lt/seg) (3)=(1)/(2) Área de total(m2) (4)=(6) Densidad Poblacional (m2/hab) (5)=(4)/(2) 3.59 974 0.00369 166605.97 171.05  Se ha obtenido los resultados distribución de caudales en cada buzón se tiene como resultado Qmin=0.013 lt/seg y Qmax= 0.132 lt/seg en los buzones, ver tabla 2.7. El diseño hidráulico de red de tuberías consiste en red tuberías de colectores y emisores. Figura 3.1. Red de colectores de Anchacc Huasi 68 Figura 3.2 Red de Emisor de Anchacc Huasi  En seguida se tiene los resultados de diseño Hidráulico de la red de tuberías Los resultados obtenidos de diseño hidráulico, utilizado el programa SEWERCAD, se tiene los siguientes. - Velocidades de tubería. Las velocidades de colectores y emisores se encuentra dentro de la norma establecido de RNE, las velocidades son: Vmin =0.60m/seg y Vmax =1.45m/seg. - Pendiente y la fuerza tractiva. La pendiente mínima del colector, fue calculada con el criterio de la fuerza tractiva, considerando que el transporte de sólidos no es proporcional a la velocidad de flujo, pero sí a la fuerza tractiva, y ésta a su vez es proporcional a la pendiente del conducto y al radio hidráulico. Se tiene los Pendiente minima=0.40% y pendiente máxima=20%, Todo esto se realizó con los cálculos en sewercad. 69 - Diámetro de tubería y longitudes. en la red de alcantarillado se tiene los diámetros de tubería de acuerdo al diseño hidráulico. Red de colectores: un total de 2,596.92 ml Tubería de 110mm = 235.40 ml Tubería de 160mm = 2361.52 ml Red de emisor: Tubería de 200mm = 621.43 ml - Diámetro de buzones. Los diámetros de buzones es de 1200mm. - Altura de buzones. La altura de buzones se tiene de acuerdo a la topografía del terreno, las altura de buzones se calcula de cota de terreno y cota de fondo, CT: es el producto de topografía y CF: CT- ALT.BZ, Cantidad de buzones = 61 und Altura de buzón mín