Metodos Estadisticos Final.docx 2o4c62

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTAL Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental

DETERMINACIÓN DEL CLORO RESIDUAL EN EL AGUA POTABLE DE LA CIUDAD DE HUARAZ

CURSO:

MÉTODOS ESTADÍSTICOS

DOCENTE: MEDINA GUTIERREZ MARIA LUISA INTEGRANTES:  BALTAZAR ROSAS SANTOS LORENZO  DOLORES TARAZONA KIARA FIORELLA  PALMA SALAS ALEXIS ALEXANDER  SIFUENTES RAMIREZ YANET MARITZA  UTRILLA PRINCIPE ROSIMERY BETTY

Huaraz, 2017

INTRODUCCIÓN

El agua, siendo una necesidad absoluta para la vida, debe tener una calidad apropiada al utilizarse para beber o preparar comidas, por lo que tiene que estar libre de cualquier Microrganismo que pueda causar enfermedades y de minerales y sustancias orgánicas que produzcan efectos fisiológicos adversos. Es por esto que el siguiente trabajo está destinado a investigar sobre la presencia de cloro residual y turbiedad en el agua potable dentro de la ciudad de Huaraz. Para lo cual definiremos algunos conceptos básicos y luego presentaremos los resultados obtenidos de nuestro trabajo en campo. A partir de los resultados obtenidos en campo, aplicaremos los conocimientos teóricos y prácticos de métodos estadísticos y analizaremos las posibles causas de dichos resultados y las compararemos con los estándares de calidad del agua potable para el consumo humano. De esta manera podremos informar, a partir de los resultados y conclusiones, a toda persona que esté interesada en el tema; ya que es de interés general saber qué calidad tiene el agua que consumimos diariamente.

I. 1.1. 

OBJETIVOS

GENERAL Desarrollar capacidades y habilidades para recopilar, organizar, presentar y aplicar datos para que con procedimientos estadísticos para determinar la concentración de cloro en el agua potable de la ciudad de Huaraz.

ESPECÍFICOS

1.2.



Recopilar información estadística a través del muestreo aleatorio simple (MAS) para hacer inferencias estadísticas válidas.



A partir de los resultados identificar la calidad de agua que consumimos mediante el control de calidad.



Analizar el comportamiento de estos datos en función del tiempo e identificar sus componentes cíclicos.



Realizar el análisis de varianza respectivo para demostrar el patrón constante que siguen estos datos.

MARCO TEÓRICO

I.

CICLO URBANO DEL AGUA: En la ciudad de Huaraz la empresa que brinda servicios de agua potable es la EPS. Chavín S.A., que cuenta con tres matrices en las cuales se realizan los diversos procesos de potabilización del agua para abastecer a toda la población. Considerando las categorías de los ECA para el Agua, la EPS. Chavín S.A. brinda un servicio de Categoría A2 que son aguas potabilizadas con tratamiento convencional. Realiza los siguientes procesos: sedimentación, filtración y desinfección o cloración. 1.1.

FUENTES DE AGUA La ciudad de Huaraz se abastece mediante fuentes superficiales, siendo sus fuentes actuales los ríos Paria y Casca que provienen de los deshielos de la Cordillera Blanca, dichos ríos cruzan la ciudad de Este a Oeste, y al unirse forman el río Quillcay que es afluente al Río Santa. Las fuentes tienen caudal suficiente para abastecer la demanda actual de la ciudad, requieren de un tratamiento adecuado para el consumo humano, durante las temporadas de lluvia se originan periodos de excesiva turbidez en cuanto a la calidad del agua suministrada, teniendo que cumplir con procesos para optimizarlos.

1.2.

CAPTACIÓN La captación denominada Ya Rush, tiene como fuente de abastecimiento el rio Paria Bajo que se encuentra ubicado al Noreste de la Ciudad de Huaraz, con una capacidad de 200 l/s, que abastece a la Planta de Tratamiento de Marian. La captación Paria tiene como fuente de abastecimiento al rio Paria y se encuentra ubicado al este de la ciudad de Huaraz, con una capacidad de 300 l/s, que abastece a las Plantas de Tratamiento de Paria y Bellavista Nº 1 y Nº 2.

1.3.

LÍNEAS DE CONDUCCIÓN La línea de Conducción que llega a la planta de Bellavista es de tubería Ø 14” A.C. con una longitud de 4,900 m., presentando limitaciones en su capacidad hidráulica para abastecer la capacidad instalada de las Plantas, requiriendo su renovación y replanteo.

La línea de Conducción que llega a la planta de Marián es de tubería Ø 12” P.V.C. con una longitud de 2500 m. y una antigüedad de 16 años que se encuentra en buen estado. La línea conduce las aguas captadas desde el rio Paria hasta la Planta de Paria, fue instalada en el año 2000, tiene 3,000 m de longitud, con un Ø 12” PVC. En el 2008 se culminó con la instalación de una nueva Línea de Conducción de la Captación de Paria-Captación de Coyllur en una longitud de 680 metros lineales, se ha construido el cerco perimétrico del desarenador, así como la estructura de la trasvase, en el 2009 se concluyó la segunda etapa que consiste en el tendido de 2,275 metros de línea de conducción de 14”; cuya finalidad es mejorar el servicio de agua potable en calidad y cantidad beneficiando a una población aproximada de 85, 000 habitantes. 1.4.

  

PLANTAS DE TRATAMIENTO La producción de agua potable es de aproximadamente 350l/s, que es producida por las siguientes plantas de tratamiento:

Planta de Tratamiento de Bellavista: 110 l/s. Planta de Tratamiento de Marián: 120 l/s. Planta de Tratamiento de Paria: 120 l/s. PROCESOS: a) SEDIMENTACIÓN: La sedimentación consiste en retener el agua por un cierto tiempo en un tanque o depósito que es el sedimentador y por acción de la gravedad las partículas se separan como un sedimento. Para ayudar a la separación de los coloides se agregan agentes químicos como coagulantes y floculantes. El agua que sale del sedimentador tiene un menor contenido de sólidos suspendidos, pero no está cristalina, por lo que es necesaria una filtración posterior.

b) FILTRACIÓN: Esta operación consiste en pasar el agua por medios especiales que tienen como característica común, retener los sólidos que contiene el agua. Los medios filtrantes pueden ser granulares o de película. En los medios granulares se tiene una serie de capas de diferentes materiales y de diferente granulometría y al hacer fluir el agua por el medio, los sólidos son retenidos y el agua pasa clarificada. Eventualmente el filtro se satura y debe limpiarse periódicamente o cuando ocurra la saturación o taponamiento del filtro. En los filtros de película el agua pasa a través de una película o un film o un empaque de material filtrante y los sólidos se retienen por

tamizado. Una vez que el filtro se satura, este puede lavarse y emplearse dos o tres veces más, y una vez que el filtro pierda efectividad el filtro debe desecharse y cambiarse por uno nuevo.

c) CLORACIÓN: La cloración consiste en la adición de cloro al agua, ya sea cloro puro o alguno de sus compuestos, en las dosis adecuadas para cumplir la normativa vigente respecto a la calidad bacteriológica ya la concentración de desinfectante activo residual que debe estar presente en todo punto de la red de distribución de agua potable. NOTA: El agua, que sale de las plantas de tratamiento, tiene una turbidez menor a 1 NTU, y con un promedio de 0,40 mg/Lde cloro total. 1.5.

     

ALMACENAMIENTO Cuenta con seis (06) Reservorios, que se encuentran en buen estado y que se detallan a continuación: Reservorio Batan Sede Reservorio Pedregal Barrio de Pedregal. Reservorio Yarcash Ministerio de Agricultura. Reservorio Los Olivos Barrio de Los Olivos. Reservorio Shancayan Barrio de Shancayan. Reservorio Independencia Barrio de Nicrupampa.

1.6.

RED DE DISTRIBUCIÓN La Ciudad de Huaraz, cuenta con matrices de diferentes diámetros, los que varían desde”8 hasta 2”. La gran mayoría son de A-C con más de 30 años de antigüedad y están en regular estado de conservación, las de PVC son las más recientes, varían de 0 a 15 años de antigüedad y están en buenas condiciones; y las Fº las más antiguas, tienen más de 40 años de antigüedad y están en malas condiciones. Cuenta con un catastro técnico de redes en las que están incluidas las válvulas de control en las redes y los grifos contra incendios, que se viene actualizando permanentemente. En el periodo 2009 se dio inicio con la ejecución del Proyecto Sectorización de Redes Primarias de Huaraz, consistente en la instalación de 22, 500 metros de tuberías de 8”,10” y 12”, el cual reemplazará a las antiguas tuberías de asbesto y cemento, evitando las pérdidas de agua y descompensaciones de presión en estas.

1.7.

II.

LABORATORIO – CONTROL DE CALIDAD Cuenta con un laboratorio implementado ubicado en la Planta de Tratamiento de Bellavista en la ciudad de Huaraz, que brinda los servicios de control de calidad de agua potable a todo el ámbito empresarial. Cuenta con personal profesional especializado y técnico, del mismo modo se viene implementando con la adquisición de equipos de laboratorio para el cumplimiento de los parámetros de calidad establecidos por la Sunass.

CLORO RESIDUAL EN EL AGUA POTABLE Existen muchas formas para mejorar la calidad del agua para consumo. Las más comunes son la decantación y el filtrado, seguidas por la desinfección. La eliminación de los organismos patógenos y la desinfección se pueden lograr de muchas formas, pero la más común es mediante la adición de cloro. Sin embargo, el cloro sólo actúa de forma correcta si el agua está limpia.

2.1.

CLORO RESIDUAL: El cloro es un producto químico relativamente barato y ampliamente disponible que, cuando se disuelve en agua limpia en cantidad suficiente, destruye la mayoría de los organismos causantes de enfermedades, sin poner en peligro a las personas. Sin embargo, el cloro se consume a medida que los organismos se destruyen. Si se añade suficiente cloro, quedará un poco en el agua luego de que se eliminen todos los organismos; se le llama cloro libre. El cloro libre permanece en el agua hasta perderse en el mundo exterior o hasta usarse para contrarrestar una nueva contaminación. Por esta razón, si se analiza el agua y se encuentra que todavía existe cloro libre en ella, se comprueba que la mayoría de los organismos peligrosos ya fueron eliminados del agua y, por lo tanto, es seguro consumirla. A este procedimiento lo conocemos como medición del cloro residual. La medida del cloro residual en un suministro de agua es un método simple pero importante para revisar si el agua que se suministra es segura para beber.

2.2.

TIPOS a) CLORO RESIDUAL LIBRE Una vez que la demanda de cloro primario es consumida para la matanza de los micro-organismos, es necesario dejar un cloro libre detectable constantemente para que los micro-organismos no vuelvan a reproducirse; este es el cloro residual libre. b) CLORO RESIDUAL COMBINADO Es el cloro existente en combinación química con amoniaco, nitrógeno o compuestos orgánicos clorados. Nota: el agua residual clorada y los afluentes industriales contienen normalmente y únicamente cloro residual combinado.

2.3.

CÓMO ACTÚA EL CLORO: Cuando se añade cloro, éste purifica el agua al destruir la estructura celular de los organismos, lo cual los elimina. Sin embargo, este proceso sólo funciona si el cloro entra en o directo con los organismos. Si el agua contiene lodo, las bacterias se pueden esconder dentro del mismo y no son alcanzadas por el cloro. El cloro necesita cierto tiempo para destruir todos los organismos. En agua a una temperatura mayor de 18°C, el cloro debe estar en o con el agua, al menos, durante 30 minutos. Si el agua está más fría, el tiempo de o se debe incrementar. Por esta razón, es normal que se le añada cloro al agua apenas se introduce en el tanque de almacenamiento o en una tubería larga de distribución, para darle tiempo a que el producto químico reaccione con el agua antes de llegar al consumidor. La efectividad del cloro también se ve afectada por el pH (acidez) del agua. La cloración no es efectiva si el pH es mayor de 7,2 o menor de 6,8.

2.4.

DETERMINACIÓN DEL CLORO RESIDUAL EN AGUA POTABLE: La determinación del contenido de cloro residual, tanto libre como combinado, es de interés y debe hacerse diariamente en las aguas de distribución para consumo humano. La determinación de cloro activo libre y combinado puede hacerse mediante:  

Clorómetros. - Test rápido colorimétrico cuantitativo. Con patrones estables entre 0 y 1 ppm de cloro residual. Kit de cloro residual. - Mediante juegos de reactivos con escala de colores. Contenidos de cloro entre 0,1 y 1,5 ppm.

 



2.5.

Método yodométrico. - Para la determinación del contenido de cloro activo en concentraciones elevadas, superiores a 1 mg/l. Determinación volumétrica. - mediante el reactivo N, N-dietilp-fenilendiamonio, DPD. Adecuado para concentraciones de "cloro activo libre" entre 0,1 y 4 mg/l o ppm. Método colorimétrico. - De la ortotolidina para concentraciones entre 0,01 y 1 ppm de cloro libre residual.

ESTÁNDAR DEL CLORO RESIDUAL EN AGUA POTABLE Por usar cloro o solución clorada como desinfectante, las muestras tomadas en cualquier punto de la red de distribución, no deberán contener menos de 0.5mg/L a 1mg/L. NORMAS TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE ABASTECEMIENTO Y POTABILIZACION DEL AGUA (NTON 09 003-99). Por otro lado, si el cloro residual es menos del necesario, el agua puede retener bacterias, protozoarias y virus patógenos que amenacen la salud del consumidor.

2.6.

IMPORTANCIA DEL CLORO RESIDUAL: El cloro residual tiene el fin de proteger el agua de posible contaminación microbiológica en la distribución del agua hasta llegar a las casas de las personas.

II.

ANÁLISIS DE DATOS A. DATOS OBTENIDOS Cloro residual en concentración (mg/L)

Dia

Día 1

Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora 6:00 am 8 am 10 am 12 pm 2:00 pm 4:00 pm 6:00 pm 8:00 pm 10:00pm 12:00am 2:00 am 4:00 am 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0,75 1,03 1,16 0,5 1,01 0,96 1,06 0,75 0,6 1,04 0,86 0,95

Día 2

0,75

0,68

1

0,59

1,08

1

1

0,5

0,55

0,8

0,7

0,9

Día 3

0,68

1,07

1,11

0,6

0,73

0,76

0,74

0,67

0,63

0,99

1,15

1,12

Día 4

0,67

0,78

0,86

0,8

0,92

0,99

0,85

0,57

0,85

1,11

0,54

1,04

Día 5

0,65

0,95

0,55

0,73

0,8

0,65

0,9

0,73

0,66

0,77

0,88

0,73

Día 6

0,9

0,91

0,72

1,07

0,86

0,85

0,6

0,66

1,12

0,62

0,79

0,97

Día 7

0,76

1,07

1,05

0,8

1,09

1,03

0,91

0,79

0,59

0,59

0,51

0,76

Día 8

1,12

0,77

0,61

0,62

0,59

0,74

0,69

0,71

1,07

0,88

1,08

0,84

Día 9

0,99

0,93

0,89

0,95

0,81

1,14

0,88

1,2

0,39

0,91

0,94

0,68

Día 10

0,98

0,87

1,02

0,77

0,94

0,91

1,08

0,87

0,93

0,79

0,86

1,14

B. CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Muestreo Aleatorio Simple (M.A.S)  Calculo del tamaño de muestra del cloro residual. -

Para una variable cuantitativa y una población conocida. 𝑵 × 𝒁𝟐 × 𝝈𝟐 𝒏= (𝑵 − 𝟏) × 𝑬𝟐 + 𝒁𝟐 × 𝝈𝟐

Datos: -

N = 120, n = ? Nivel de confianza = 95%

1- α = 0,95

- Z(1-α/2) = Z(1-0,05/2)= Z(0,975)=1,96

Valor calculado con la tabla (distribución acumulada normal)

-

Muestra piloto (MP) 𝐌𝐏 =𝟏𝟎% (𝑵) 𝐌𝐏 𝟏𝟎% (𝟏𝟐𝟎) = 𝟏𝟐 𝐦𝐮𝐞𝐬𝐭𝐫𝐚𝐬 nº aleatorio 36 14 54 54 14 69 47 53 96 25 38 5

valor 1,12 0,68 0,65 0,65 0,68 1,12 0,54 0,8 0,84 0,68 0,78 1,01

Varianza

0,1922

α = 0,05

ESTIMACIONES:

MEDIA VARIANZA

̅= 𝑿

∑ 𝑿𝒊 = 𝟎, 𝟖𝟒𝟕 𝒏

̅ 𝟐 ̂𝟐 = ∑(𝑿𝒊 − 𝑿) = 𝟎, 𝟏𝟕𝟐 𝝈 𝒏−𝟏

Reemplazando valores, tenemos: 120 × 1,962 × 0,1922 n= = 85,54 ≅ 86 119 × 0,052 + 1,962 × 0,191 22 INTERPRETACIÓN: Se necesitan como mínimo 86 datos para realizar una buena estimación del total de 120 datos de la muestra que estiman el total poblacional.

a. CARTAS DE CONTROL PARA CLORO RESIDUAL EN mg/L. DIAGRAMA DE CONTROL PARA LA MEDIA:

HORAS

DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

DIA 5

DIA 6

DIA 7

DIA 8

DIA 9

DIA 10 [] (mg/L)

MAX

MIN

RANGO

1

0.75

0.75

0.68

0.67

0.65

0.9

0.76

1.12

0.99

0.98

0.83

1.12

0.65

0.47

2

1.03

0.68

1.07

0.78

0.95

0.91

1.07

0.77

0.93

0.87

0.91

1.07

0.68

0.39

3

1.16

1

1.11

0.86

0.55

0.72

1.05

0.61

0.89

1.02

0.90

1.16

0.55

0.61

4

0.5

0.59

0.6

0.8

0.73

1.07

0.8

0.62

0.95

0.77

0.74

1.07

0.50

0.57

5

1.01

1.08

0.73

0.92

0.8

0.86

1.09

0.59

0.81

0.94

0.88

1.09

0.59

0.50

6

0.96

1

0.76

0.99

0.65

0.85

1.03

0.74

1.14

0.91

0.90

1.14

0.65

0.49

7

1.06

1

0.74

0.85

0.9

0.6

0.91

0.69

0.88

1.08

0.87

1.08

0.60

0.48

8

0.75

0.5

0.67

0.57

0.73

0.66

0.79

0.71

1.2

0.87

0.75

1.2

0.50

0.70

9

0.6

0.55

0.63

0.85

0.66

1.12

0.59

1.07

0.39

0.93

0.74

1.12

0.39

0.73

10

1.04

0.8

0.99

1.11

0.77

0.62

0.59

0,88

0.91

0.79

0.85

1.11

0.59

0.52

11

0.86

0.7

1.15

0.54

0.88

0.79

0.51

1.08

0.94

0.86

0.83

1.15

0.51

0.64

12

0.95

0.9

1.12

1.04

0.73

0.97

0.76

0.84

0.68

1.14

0.91

1.14

0.68

0.46

PROMEDIO

0.84

0.55

DATOS: X̿= 0.84

R  0.55 Para n=10

A2= 0.266

Cálculo del límite de control superior e inferior: -

LCS  X  A2 R LCS= 0.987

-

LCI  X  A2 R LCI= 0.696

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

[] (mg/L) 0.83 0.91 0.90 0.74 0.88 0.90 0.87 0.75 0.74 0.85 0.83 0.91

LCS 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987 0.987

X̿ 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84

LCI 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696 0.696

GRAFICO N° 01: Relacion de la concentracion de cloro residual en funcion de la horas/ dias concentracion de cloro residual (mg/L)

1.00

0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

HORAS [] (mg/L)

LCS

X̿

LCI

INTERPRETACIÓN: Todas las concentraciones, están dentro del límites de control, por lo tanto, el proceso está controlado.



los límites máximos permisibles de cloro residual en el agua potable son: Max= 1 mg/L Min= 0.5 mg/L

CONCENTRACION DE CLORO RESIDUAL (MG/L)

GRAFICO N°2: Relacion de la concentración de cloro residual en funcion de la horas/ dias, comparado con LMP 1.05 0.95 0.85 0.75 0.65 0.55 0.45 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

HORAS [] (mg/L)

LCS

X̿

LCI

Norma max

Norma Min

INTERPRETACIÓN: Se observa se observa que todas las concentraciones de cloro residual, están dentro del LMP, por lo tanto, el proceso está controlado.

b). DIAGRAMA DE AMPLITUD DE VARIACIÓN: ̅ = 𝟎, 𝟓𝟓 𝑹 ̅ × 𝑫𝟑 = 𝟎, 𝟏𝟓𝟓 𝑳𝑪𝑰 = 𝑹 ̅ = 𝟎, 𝟓𝟓 𝑳𝑪 = 𝑹 ̅ × 𝑫𝟒 = 𝟎. 𝟗𝟑𝟗 𝑳𝑪𝑺 = 𝑹

concentracion de cloro residual (mg/L)

GRÁFICA N° 03: Relación de concentración de cloro residual en función de las horas/días.

GRAFICO N° 01: Relacion de la concentracion de cloro residual en funcion de la horas/ dias para la amplitud de variacion 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30

0.20 0.10 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

HORAS [] (mg/L)

LCS

Rˉ

INTERPRETACIÓN: El proceso se encuentra controlado.

LCI

11

12

2. Series de tiempo: Aislamiento sus componentes cíclicos para el Cloro residual en mg/L. Análisis de Tendencia Por mínimos cuadrados se halló la pendiente y constante de la ecuación lineal de tendencia: 𝑌̂ = a − bX 𝑏=

∑ 𝑋𝑌 − 𝑛𝑋𝑌 ∑ 𝑋 2 − 𝑛𝑋 2

𝑎 = 𝑌 − 𝑏𝑋 b= 0.0004 a= 0,8185 𝑌̂ = 0,8185 + 0.0004t GRÁFICA DE SERIE DE TIEMPO:

Serie de tiempo

1.3

Concentración (mg/L)

1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106 111 116

0.3 Real

Linear (Real)

Pronóstico Año en series de 2 en 2

y = 0.0004x + 0.8185

INTERPRETACIÓN: La gráfica se observa que sigue una tendencia cíclica constante en 0,8422 (mg/L), los datos siguen una tendencia cíclica constante lo cual indica que en el proceso de potabilización del agua se trata de mantener una concentración aproximada a 0,8 (mg/L) para este caso que no es lo ideal pues los estándares mundiales recomiendan una tendencia constante de aproximadamente 0,4 (mg/L).

CONCLUSIONES  Con la información recopilada se hicieron las estimaciones pertinentes.  Se analizó la calidad del agua.

 Se analizó el comportamiento cíclico de la concentración del agua dándose a conocer sus componentes cíclicos.

BIBLIOGRAFÍA 

GUTIÉRREZ P. y ROMÁN B. Análisis y diseño de experimentos. Edit. Mc Graw Hill. México DF. 2008.



LEVIN. B y Rubin R. Estadística para istración y economía. Edit. Pearson. México 2010.



IRA N. LEVINE. FISICOQUÍMICA, Vol 1. Edit. Mc Graw Hill. España 2002.

ANEXOS Respecto a la cloración

Figura 9: enjuagar mínimo 3 veces

Figura 11: Foto de los reactivos. Cl2-1 la muestra en la parte superior, Cl2-2 en la parte

Figura 10: llenar 6 ml de muestra

Figura 12: comprando el color de con los colores indicadores.

Figura 13: Kit de cloro residual