FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL “PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ S.A. CAJAMARCA 2016” Tesis para optar el título profesional de: Ingeniero Industrial Autores: Jorge Luis Huamán Aguirre Víctor Hugo Huamán Aguirre Asesor: Ing. Christian Quesada Machado Cajamarca – Perú 2016 "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” ÍNDICE DE CONTENIDOS APROBACIÓN DE LA TESIS ........................................................................................................ii DEDICATORIA .............................................................................................................................iii AGRADECIMIENTO .....................................................................................................................iv ÍNDICE DE CONTENIDOS ............................................................................................................v ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................... vii ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. viii RESUMEN ....................................................................................................................................ix ABSTRACT ...................................................................................................................................x CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 11 1.1. Realidad problemática ...................................................................................................... 11 1.2. Formulación del problema ................................................................................................ 14 1.3. Justificación ..................................................................................................................... 14 1.4. Limitaciones ..................................................................................................................... 15 1.5. Objetivos .......................................................................................................................... 15 1.5.1. Objetivo General ............................................................................................... 15 1.5.2. Objetivos Específicos ........................................................................................ 15 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO............................................................................................ 16 2.1. Antecedentes ................................................................................................................... 16 2.2. Bases Teóricas ................................................................................................................ 18 2.2.1. Agua Potable ..................................................................................................... 18 2.2.2. Planta de Tratamiento de Agua Potable ............................................................. 18 2.2.3. Proceso de Funcionamiento de una Planta de Tratamiento de agua potable – PTAP (SEINCO, 2015) ...................................................................................... 19 2.2.4. Tipos de Plantas de tratamiento de Agua Potable .............................................. 21 2.2.5. Ventajas de las Plantas de Tratamiento Modular ............................................... 23 Este tipo de plantas, tienen diversas ventajas con respecto a las plantas de tratamiento convencional, entre las cuales podemos mencionar:.......................................... 23 2.2.6. Procesos de Sedimentación .............................................................................. 24 2.2.7. Tecnologías de Flotación por aire disuelto-DAF ................................................. 26 Tecnología Convencional de tipo Fisicoquímico ............................................................... 26 Se clasifican de dos tipos: de Remoción Directa: Sólidos Suspendidos Totales, Aceites y Grasas, sólidos Sedimentables; y de Remoción Indirecta: Regulación de Temperatura, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5).................................... 26 La tecnología se basa en utilizar micro burbujas generadas a partir de una solución saturada de agua-aire, a presión liberada, en una celda donde se encuentra el agua a tratar (como se puede apreciar en la figura n°2.5). Este proceso permite Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. v "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” generar una capa flotante en suspensión que logra la separación sólido líquido. ......................................................................................................................... 26 2.3. Definición de términos básicos ......................................................................................... 29 CAPÍTULO 3. HIPÓTESIS ....................................................................................................... 31 3.1. Formulación de la hipótesis .............................................................................................. 31 3.2. Operacionalización de variables ....................................................................................... 31 CAPÍTULO 4. MATERIAL Y MÉTODOS .................................................................................. 32 4.1. Tipo de diseño de investigación. ....................................................................................... 32 4.2. Material. ........................................................................................................................... 32 4.2.1. Unidad de estudio.............................................................................................. 32 4.2.2. Población. ......................................................................................................... 32 4.2.3. Muestra. ............................................................................................................ 32 4.3. Métodos. .......................................................................................................................... 32 4.3.1. Técnicas de recolección de datos ...................................................................... 32 4.3.2. Procedimientos.................................................................................................. 34 CAPÍTULO 5. DESARROLLO ................................................................................................. 35 5.1. Información de la empresa SEDACAJ S.A. ....................................................................... 35 5.2. Diseño de la Propuesta Técnica ....................................................................................... 41 5.2.1. Estimación de la Demanda y Oferta ................................................................... 41 5.2.2. Situación actual de la Planta .............................................................................. 44 5.2.3. Proceso propuesto para la Ampliación ............................................................... 46 5.2.4. Funcionamiento del proceso propuesto ............................................................. 49 5.2.5. Equipamiento Principal ...................................................................................... 51 5.2.6. Instalación ......................................................................................................... 55 5.2.7. Operación y Mantenimiento de la Ampliación..................................................... 56 5.3. Mejoras de la Ampliación de Agua potable en la PTAP Santa Apolonia ............................ 57 5.3.1. Mejoras en la producción de agua potable ......................................................... 57 5.3.2. Perspectivas de la población con la Ampliación ................................................. 59 5.4. Presupuesto ..................................................................................................................... 63 CAPÍTULO 6. RESULTADOS.................................................................................................. 65 6.1. Mejoras en la perspectiva de la población ........................................................................ 65 6.2. Mejoras en la producción de agua potable........................................................................ 66 6.3. Mejoras en el proceso de tratamiento de agua potable ..................................................... 66 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES ............................................................................................. 74 CAPÍTULO 8. RECOMENDACIONES ..................................................................................... 75 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 76 Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. vi "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Estimación del consumo de agua potable en la ciudad de Cajamarca .......................... 11 Tabla 2.1: Límites máximos permisibles de calidad del agua según DIGESA ............................... 18 Tabla 2.2: Valores de velocidad de sedimentación ....................................................................... 24 Tabla 2.3: Condiciones operativas................................................................................................ 28 Tabla 3.1: Operacionalización de variables .................................................................................. 31 Tabla 5.1: Crecimiento de la Demanda de Agua para el distrito de Cajamarca urbano ................ 422 Tabla 5.2: Oferta de agua en Cajamarca ...................................................................................... 42 Tabla 5.3: Demanda y Oferta actual del agua en la ciudad de Cajamarca................................... 433 Tabla 5.4: Frecuencia de Turbiedad de Agua Bruta ...................................................................... 45 Tabla 5.5: Nueva Oferta de agua potable para la ciudad de Cajamarca ........................................ 57 Tabla 5.6: Nuevo escenario de Demanda y Oferta del agua en la ciudad de Cajamarca ............... 58 Tabla 5.7: Presupuesto total de la ampliación de la PTAP ............................................................ 63 Tabla 6.1: Resultados de las encuestas realizadas a los pobladores de la zona ........................... 65 Tabla 6.2: Cuadro resumen de las diferencias entre el proceso antiguo y el implementado para la ampliación ................................................................................................................................... 70 Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. vii "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” ÍNDICE DE FIGURAS Figura n°1.1: Componentes del sistema de agua potable de la ciudad de Cajamarca ................... 12 Figura n°2.1: Esquema de funcionamiento de una planta de tratamiento de agua......................... 21 Figura n°2.2: Imagen referencial de una planta de tratamiento de agua ........................................ 22 Figura n°2.3: Imagen referencial de una planta de tratamiento de agua potable modular .............. 23 Figura n°2.4: Imagen referencial del sedimentador de planta de tratamiento de agua potable....... 25 Figura n°2.5: Proceso químico de la tecnología DAF .................................................................... 26 Figura n°2.6: Equipos De flotación por aire disuelto DAF .............................................................. 27 Figura n°5.1: Organigrama de la empresa .................................................................................... 37 Figura n°5.2: Procesos estrategicos de la empresa SEDACAJ S.A............................................... 38 Figura n°5.3: Demanda y oferta actual de agua en el distrito de Cajamarca.................................. 44 Figura n°5.4: Turbiedad de agua brutaEquipos De flotación por aire disuelto DAF ........................ 45 Figura n°5.5: Diagrama de Flujo del proceso de la PTAP Santa Apolonia ..................................... 47 Figura n°5.6: PTAP FFRP en PRFV ............................................................................................. 52 Figura n°5.7: PTAP FFRP en AISI 304. ........................................................................................ 52 Figura n°5.8: Kit de saturación mostrado en estructura metálica ................................................... 53 Figura n°5.9: Bomba de lavado, tuberías de succión e impulsión.................................................. 53 Figura n°5.10: Kit de dosificación, punto de inyección y tablero de comando y control .................. 54 Figura n°5.11: Cubas de proceso en etapa constructiva ............................................................... 56 Figura n°5.12: Nuevo escenario de oferta y demanda ara la ciudad de Cajamarca. ...................... 59 Figura n°5.13: Tiempo que tienen viviendo los pbladores en la localidad ...................................... 60 Figura n°5.14: Conocimiento de la actividades económicas de la empresa SEDACAJ .................. 61 Figura n°5.15: Percepción del beneficio de los pobladores ........................................................... 61 Figura n°5.16: Percepción de la calidad del servicio de agua potable ........................................... 62 Figura n°5.17: Percepción del aumento de producción de agua potable. ...................................... 62 Figura n°6.1: Nuevo escenario de oferta y demanda para la ciudad de Cajamarca ....................... 66 Figura n°6.2: Diagrama de flujo del proceso convencional y la propuesta para la PTAP ............... 68 Figura n°6.3: Vista de la planta de tratamiento de agua potable sin proyecto ................................ 70 Figura n°6.4: Vista de la planta de tratamiento de agua potable con proyecto ............................... 71 Figura n°6.5: Vista de planta del modulo de tratamiento de agua potable (2x30l/s) ....................... 72 Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. viii "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” RESUMEN En la presente investigación se plantea la ampliación de la capacidad de producción de agua potable, de la Planta de tratamiento de agua potable (PTAP) “Santa Apolonia”, ubicado en el departamento de Cajamarca, provincia de Cajamarca, distrito de Cajamarca, propiedad de la empresa SEDACAJ S.A. El sistema actual de la PTAP Santa Apolonia, posee un sistema convencional de tratamiento de agua potable, y tiene una producción de 80 l/s de agua potable; en la presente investigación se plantea incrementar la capacidad de producción en 60 l/s, logrando llegar hasta 140 l/s; a través de 2 plantas modulares prefabricadas de 30 l/s cada una, gracias a lo cual se logra mejorar la proyección de la oferta y la demanda de agua potable en la ciudad de Cajamarca para los próximos años; y así mismo se logra una mejora en los parámetros de tratamiento de agua potable con respecto al sistema convencional actual de la Planta. El costo de la Ampliación de la PTAP Santa Apolonia es de S/. 7 338 361.94 (inc. IGV); además, después de realizar una serie de encuestas a los pobladores-clientes de la zona de Cajamarca, se obtuvo que el 100% de los encuestados consideran que la Ampliación de la PTAP Santa Apolonia es beneficiosa para ellos, lo cual resulta ser muy beneficioso para la imagen de la empresa prestadora de servicios SEDACAJ S.A. Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. ix "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” ABSTRACT In this research it arises expanding the production capacity of drinking water, for the plant water treatment (PTAP) "Santa Apolonia”, located in the department of Cajamarca, province of Cajamarca, District of Cajamarca, owned by the company SEDACAJ S.A. The current system of PTAP Santa Apolonia , possesses a conventional treatment system drinking water, and has an output of 80 l/s of drinking water; in this research arises to increase production capacity by 60 l/s , achieving reach 140 l/s ; through 2 prefabricated modular plants 30 l / s each, thanks to which it is possible to improve the projection of demand and supply of drinking water in the city of Cajamarca for the coming years ; and likewise an improvement is achieved in the treatment parameters of potable water from the current conventional system of the plant. The cost of the enlargement of the PTAP Santa Apolonia is S/. 7 338 361.94 (with VAT), in addition to a series of surveys of people-customers in the area of Cajamarca, was obtained that 100 % of respondents believe that the expansion of the PTAP Santa Apolonia is beneficial for them, which is very beneficial to the image of the service company SEDACAJ SA. Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. x NOTA DE ACCESO No se puede acceder al texto completo pues contiene datos confidenciales "PROPUESTA DE AMPLIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA PLANTA SANTA APOLONIA PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE DE LA EMPRESA SEDACAJ SA. CAJAMARCA 2016” REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Aponte D. y Beltrán L. (2007). Análisis de la calidad en la prestación del servicio de agua potable de los municipios de Cundinamarca y Bogotá para el año 2007. Tesis de grado en Economía. Universidad de la Salle, Bogotá, Colombia. - Briceño A. y Caqui R. (2013). Análisis y diseño de sistemas de tratamiento de agua para consumo humano y su distribución en la Universidad de Piura. Tesis de grado de Ingeniería Industrial y de Sistemas. Universidad de Piura, Piura, Perú. - Clavijo Y. (2013). Evaluación de la planta de tratamiento de agua potable del municipio de Garzón – Huila. Tesis de grado en Ingeniería Civil. 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Tesis de grado en Ingeniería en Recursos Naturales Renovables. Universidad Técnica del Norte, Ibarra, Ecuador. - Salvador J. (2008). Propuesta para el mejoramiento del sistema de tratamiento de agua de la empresa de servicios públicos tribunas Córcega E.S.P. en los procesos de coagulación, filtración y desinfección. Proyecto de Grado en Química Industrial. Universidad Tecnológica de Pereyra, Pereyra, Colombia. - Sánchez S. y Peña M. (2011). Propuesta para el mejoramiento de la planta de tratamiento de agua potable del municipio de Bituima, Cundinamarca. Tesis de grado de Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad de La Salle, Bogotá, Colombia. Huamán Aguirre J. y Huamán Aguirre V. Pág. 76