El presente trabajo consta de una propuesta para el tratamiento de agua del río Chumbao que recorre los distritos de Andahuaylas, San Jerónimo y Talavera de la Reyna, provincia de Andahuaylas, Región Apurímac, con el fin de dotarlos de un servicio eficiente de agua potable, debido a que el servicio actual es insuficiente. Con tal propósito la tecnología que planteo reemplazará el abastecimiento de agua de manantiales por agua superficial tratada, utilizándose las redes existentes para la distribución domiciliaria. El primer capítulo está referido a las características generales de las localidades: ubicación geográfica, geomorfología, clima, suelos, actividad económica, vías de acceso, servicios públicos, recursos hídricos y el perfil social. El segundo capítulo está referido a las bases teóricas de los procesos a los que se someterá el agua durante el tratamiento (mezcla, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección). En el tercer capítulo encontramos los cálculos de diseño para cada una de las unidades de tratamiento. El cuarto capítulo presenta un estudio de estimación de costos. Adicionalmente agregué adendas que constan de: Normas técnicas, ejemplos de plantas simplificadas de tratamiento de agua (Prudentopolis y Cañete), tablas usadas para el diseño, resultados de los análisis del agua (río Chumbao y manantial Ñahuinpuquio) y fotografías de las localidades. / Tesis

El informe adjunto tiene el objetivo de mostrar la construcción de una Planta de Tratamiento de Aguas Acidas del Río Azufre, que tendrá como finalidad el tratamiento de aguas con un alto nivel de acidez y contenido de sólidos, y obtener como resultado un agua industrial con los parámetros físico-químicos adecuados y, luego ser utilizada en el proceso metalúrgico de obtención de oro en la Mina Pucamarca. En la zona donde está ubicada la Mina Pucamarca no se dispone de fuentes de agua para uso industrial, decidiéndose por el tratamiento de las aguas altamente ácidas de un río cercano, logrando al mismo tiempo evitar el uso de fuentes de agua subterránea. La planta se diseña con el objetivo un flujo resultante de 20 lit/seg con los parámetros de calidad correspondientes del flujo; en la etapa del estudio de Ingeniería de Detalle se inician las compras de los equipos críticos de la planta con largos plazos de entrega. Luego del diseño de la Planta de tratamiento, se realiza la licitación correspondiente para la adjudicación de la construcción del proyecto, coordinando el cronograma con la fecha de llegada de los equipos críticos. La selección de los equipos críticos del proceso como los clarificadores y el decantador centrífugo, son claves para el resultado del proyecto, por lo que se tuvo que enviar información técnica muy detallada a los proveedores para que puedan entregar el equipo idóneo para las características del agua en cuestión. La alta eficiencia que demostró posteriormente el decantador centrífugo, permite tenerlo en cuenta y recomendarlo para aplicaciones de desaguado en otros tipos de procesos industriales y de tratamiento de sólidos (ej. Relaves). El diseño de la planta considera la operación automática del sistema de tratamiento con mínima intervención de personal de operación. Los PLC que controlan cada etapa de los procesos, serán monitoreados por un sistema central ubicado en la sala eléctrica, donde también están ubicados los CCM. Además, considerando la distancia (14 Km) de esta planta a las oficinas centrales de la mina, se tiene instalado un cable de fibra óptica que permitirá realizar un monitoreo de esta planta en remoto y, así poder hacer un seguimiento en tiempo real de los parámetros de la planta en cada etapa del proceso. Finalmente, el proyecto de esta planta de tratamiento fue un éxito; se cumplió con los objetivos esperados: un flujo de 20 lit/s y los parámetros de calidad previstos, con lo que se tiene un suministro de agua necesario para la planta sin recurrir a fuentes de agua subterránea o transporte de agua de otras regiones.

Water desalination is one approach to force water scarcity. One of the processes used for desalination is reverse osmosis. Like other systems, a reverse osmosis plant is susceptible to faults. A fault can lead to a loss of efficiency, or if the fault is severe to a total breakdown. Appropriate measures can minimize the impact of faults, but this requires in time fault detection. The following thesis shows a proposal for an online fault diagnosis system of a reverse osmosis plant. For the model-based approach, a mathematical model of a reverse osmosis plant has been developed. The model contains a new approach for modeling the interaction between the high-pressure pump, the brine valve, and the membrane module. Furthermore, six faults considered for fault diagnosis have been modeled. Two of the faults are plant faults: The leakage of the feed stream and membrane fouling. The other four faults are sensor or actuator malfunctions. The fault diagnosis system is developed via structural analysis, a graph-based approach to determine a mathematical model’s overdetermined systems of equations. With the structural analysis, 73 fault-driven minimal structurally overdetermined (FMSO) sets have been determined. The results show that all six faults are detectable. However, two faults are not isolable. Five of the FMSO sets have been chosen to deduce the residuals used for online fault detection and isolation. The simulations demonstrate that the calculated residuals are appropriate to detect and isolate the faults. If one assumes that only the considered faults occur, it is possible to determine some faults’ magnitude.

La presente tesis tiene como propósito mejorar el modelo actual del Mecanismo de Retribución por Servicios Ecosistémicos (MERESE) con la incorporación de los fondos de agua en su diseño e implementación. En particular, se toma al fondo de agua para Lima (Aquafondo) como estudio de caso por su trabajo en las cuencas de Lima y la consolidación lograda como institución. Para desarrollar la investigación se hizo un diagnóstico de la implementación del MERESE en el Perú, se analizaron los factores que condicionan su implementación y se identificaron las fortalezas de los fondos de agua y sus vínculos con el MERESE. El MERESE surge en el Perú como una iniciativa para garantizar la sostenibilidad de los beneficios de los ecosistemas y los servicios que estos proveen (regulación hídrica, secuestro y almacenamiento de carbono, polinización, belleza paisajística, entre otros). El MERESE es una respuesta positiva ante las amenazas y presiones que están sufriendo los ecosistemas debido a la expansión urbana, el cambio de uso de suelo, la contaminación y los efectos del cambio climático. Otros países también afrontan estas presiones a través de otros mecanismos como los Pagos por Servicios Ambientales (PSA), u otros bajo la forma de instrumentos económicos y financieros. Para permitir un uso más generalizado de esos mecanismos, es necesario fortalecer la capacidad institucional porque los mecanismos de mercado y la mayoría de las herramientas económicas solo pueden funcionar con éxito si hay instituciones que los respalden. Una herramienta que aparece en Latinoamérica en el 2000 son los llamados fondos de agua. Buscan mejorar la disponibilidad y calidad de agua, mantener los flujos regulares de agua y mantener o mejorar la diversidad biológica o ecosistemas naturales. Pueden contribuir a desarrollar mecanismos de gobernanza para la gestión del agua, evidenciar alternativas para gastos costos por tratamiento del agua, invirtiendo en la cuenca a través de infraestructura natural y promover mecanismos financieros de largo plazo para asegurar su sostenibilidad. En el Perú existen dos fondos de agua consolidados y uno en proceso de creación. Aquafondo, el fondo de agua para Lima, creado en 2011 y con una sólida institucionalidad, es analizado en esta investigación y su experiencia es propuesta para mejorar el modelo actual del MERESE. Los resultados de esta investigación respecto del diagnóstico de la implementación del MERESE muestran una normativa extensa y bien desarrollada, con especificaciones para las Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPSS). Se hace también una revisión del modelo actual (pasos, elementos que lo conforman) y se encuentran algunas debilidades. Las debilidades son de carácter técnico, social y financiero. Otro resultado se refiere a los factores que condicionan la implementación del MERESE. Estos factores son de carácter institucional técnico y financiero. Así, para aquellas iniciativas lideradas por EPSS se evidencia que todavía no han logrado integrar con éxito la conservación y recuperación de los recursos hídricos en su cultura institucional; esto se traduce en deficiencias y retrasos en el desarrollo de documentos técnicos y otros documentos necesarios para la aprobación y financiamiento de las iniciativas. Entre los aspectos técnicos que están condicionando la implementación del MERESE está la falta de métodos para calcular la ganancia de agua en dinero para la implementación de medidas en las cuencas de suministro, que permitan evaluar los ahorros potenciales y el retorno de la inversión. Por otro lado, la inestabilidad o ausencia de voluntad política en algunos gobiernos subnacionales ha 5 demorado el avance de iniciativas MERESE lideradas por otros actores. Asimismo, la ausencia de una estrategia de comunicación consistente que pueda generar una masa crítica favorable al mecanismo genera en algunos casos desinterés en su diseño e implementación. Un tercer resultado da cuenta de las principales fortalezas y oportunidades de los fondos de agua para apoyar el diseño e implementación del MERESE y sus vínculos con éste. Se identifican fortalezas y oportunidades a nivel institucional, técnico, de relaciones comunitarias y en los aspectos financieros. Finalmente, se establecen vínculos entre los MERESE y fondos de agua para mejorar el modelo actual del mecanismo. / The purpose of this thesis is to improve the current model of the Retribution Mechanism for Ecosystem Services (MERESE) with the incorporation of water funds in its design and implementation. In particular, the Lima water fund (Aquafondo) is taken as a case study for its work in the Lima basins and the consolidation achieved as an institution. To develop the research, a diagnosis of the implementation of the MERESE in Peru was made, the factors that condition its implementation were analyzed and the strengths of the water funds and their links with the MERESE were identified. MERESE emerged in Peru as an initiative to ensure the permanence of the benefits generated by ecosystems and the services they provide (water regulation, carbon sequestration and storage, pollination, scenic beauty, among others). The MERESE is a positive response to the threats and pressures that ecosystems are suffering due to urban expansion, land use change, pollution, and the effects of climate change. Other nations must contend with these pressures through different channels, such as payments for environmental services (PES), or through other channels in the form of financial and economic tools. However, most economic instruments and market processes can only function well if there are institutions to support them, thus it is necessary to increase institutional capacity to enable more widespread use of those mechanisms. A tool that appears in Latin America in 2000 are the water funds. They seek to improve the quality and availability of water, maintain regular water flows, and maintain or enhance biodiversity or natural ecosystems. They can contribute to developing governance mechanisms for water management, highlight opportunities to reduce costs for water treatment, investing in the basin through natural infrastructure, and promote long-term financial mechanisms to ensure its sustainability. In Peru there are two consolidated water funds and one in the process of creation. Aquafondo, the Lima water fund, created in 2011 and with a solid institutional framework, is analyzed in this research and its experience is proposed to improve the current MERESE model. The results of this investigation regarding the diagnosis of the implementation of the MERESE show an extensive and well-developed regulation, with specifications for the water utilities (EPSS). A review of the current model is also made (steps, elements that make it up) and some weaknesses are found. The weaknesses are related to technical, social, and financial aspects. Another result refers to the factors that condition the implementation of MERESE. These factors are institutional, technical, and financial. Thus, for those initiatives led by EPSS, it is evident that they have not yet managed to incorporate the conservation and recovery of water sources into their institutional culture. This translates into deficiencies and delays in the preparation of technical files and other documents necessary for the approval and financing of the initiatives. Among the technical aspects that are conditioning the implementation of MERESE is the absence of methodologies to determine the water gain in monetary terms for the implementation of actions in the supply basins, in such a way that possible savings and return on investment can be evaluated. On the other hand, the instability or lack of political will in some regional and local governments has hampered the progress of MERESE initiatives led by other actors. Likewise, the absence of a consistent communication strategy that can generate a critical mass favorable to the mechanism generates in some cases a lack of interest in its design and implementation. A third result shows the main strengths and opportunities of the water funds to support the design and implementation of the MERESE and its links with it. Strengths and opportunities are identified at an institutional, technical, community relations and financial level. Finally, links are established between MERESE and water funds to improve the current model of the mechanism.

El presente trabajo consistió en explorar y encontrar una opción energéticamente y económicamente más eficiente que el proceso de destilación simple para la producción de agua ultra pura en el laboratorio de manufactura de la PUCP. La opción alternativa elegida fue una máquina de ósmosis inversa y deionización de agua suministrada por la red de agua potable. Esta tesis desarrolló el diseño mecánico de una máquina que utilice los procesos de purificación del agua mediante una membrana de ósmosis inversa y cartuchos de resina iónica, la selección de componentes, la elaboración de los planos necesarios y la estimación de los costos de fabricación, armado y funcionamiento de la máquina. Para realizar el diseño, primero se definió el caudal y calidad de agua requeridas por el laboratorio y también la calidad y propiedades físicas del agua suministrada por la red. Con esos datos, se procedió a seleccionar una membrana de ósmosis inversa que pudiera producir dicho caudal con una alta tasa de purificación del agua. El siguiente paso fue aplicar la teoría de mecánica de fluidos para calcular las pérdidas de energía del fluido en tuberías y accesorios para el caudal requerido. Una vez conocido el caudal necesario y las pérdidas en el sistema, se procedió a seleccionar una bomba que pudiera cumplir con los requerimientos necesarios de presión y caudal, y que también use la energía eléctrica y el agua potable con la mayor eficiencia posible. A continuación, se aplicaron conceptos químicos de soluciones iónicas, para calcular la vida útil y la composición necesaria de una cama de resina desionizadora mixta que produjera agua ultra pura con un pH neutro, a partir de la composición aproximada del agua producida por la ósmosis inversa. Una vez dimensionados y seleccionados los componentes, se procedió a desarrollar los planos y calcular los costos de adquisición, armado y operación de la máquina. La bomba seleccionada fue una bomba de desplazamiento positivo tipo diafragma y la membrana de ósmosis inversa una membrana en espiral de poliamidas. El costo total de adquisición de componentes, diseño y ensamblaje asciende a S/.6500.

La creciente escasez global de agua, agravada por el aumento demográfico, la intensificación agrícola e industrial, y el cambio climático, ha impulsado la investigación de soluciones para aprovechar recursos hídricos previamente considerados inutilizables, como el agua de mar, a través de técnicas de desalinización. Entre estas técnicas, la Osmosis Inversa destaca por su eficiencia operativa, generando la necesidad de desarrollar un sistema de control efectivo para asegurar la producción de agua potable en cantidades y calidad adecuadas. Este trabajo se concentra en establecer fundamentos para el diseño e implementación de un sistema de control para unidades de desalinización por ósmosis. Se aboga por el uso de técnicas avanzadas y robustas, proponiendo una solución basada en controladores robustos H desde la perspectiva de la Ingeniería de Control y Automatización. Estos controladores buscan controlar las variables críticas en sistemas de Osmosis Inversa, ya sea en plantas mono o multivariables. Además, se considera relevante comparar el diseño e implementación de los controladores H infinito (H) con otros convencionales y avanzados en diversos escenarios operativos, evaluando su rendimiento y robustez en condiciones diversas. Este enfoque integral aspira a contribuir al avance y optimización de sistemas de desalinización, especialmente en el contexto de la Osmosis Inversa, para hacer frente a la creciente demanda mundial de agua potable.

El presente trabajo consta de una propuesta para el tratamiento de agua del río Chumbao que recorre los distritos de Andahuaylas, San Jerónimo y Talavera de la Reyna, provincia de Andahuaylas, Región Apurímac, con el fin de dotarlos de un servicio eficiente de agua potable, debido a que el servicio actual es insuficiente. Con tal propósito la tecnología que planteo reemplazará el abastecimiento de agua de manantiales por agua superficial tratada, utilizándose las redes existentes para la distribución domiciliaria. El primer capítulo está referido a las características generales de las localidades: ubicación geográfica, geomorfología, clima, suelos, actividad económica, vías de acceso, servicios públicos, recursos hídricos y el perfil social. El segundo capítulo está referido a las bases teóricas de los procesos a los que se someterá el agua durante el tratamiento (mezcla, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección). En el tercer capítulo encontramos los cálculos de diseño para cada una de las unidades de tratamiento. El cuarto capítulo presenta un estudio de estimación de costos. Adicionalmente agregué adendas que constan de: Normas técnicas, ejemplos de plantas simplificadas de tratamiento de agua (Prudentopolis y Cañete), tablas usadas para el diseño, resultados de los análisis del agua (río Chumbao y manantial Ñahuinpuquio) y fotografías de las localidades.