Definición del modelo de abastecimiento de agua para una comunidad en Zinbabwe

Abstract

RESUMEN DEL PROYECTO En el presente Proyecto de Fin de Grado se pretende dar respuesta al problema de acceso de agua de la comunidad rural de Njenge, situada al noreste de Zimbabue. El objeto de este proyecto de ingeniería solidaria es acercar el punto de agua más cercano, a 3 kilómetros de distancia, a la comunidad de Njenge, abasteciendo de agua de calidad a un total de 300 habitantes. Para ello, se diseñará un sistema de captación de agua apropiado a las condiciones específicas de contorno, así como se planteará un sistema de distribución sostenible desde el depósito al reservorio. Este proyecto surge en colaboración con la ONG Child Future Africa y la participación en el mismo, además de abordar el ámbito del diseño teórico, también incluye participar en el proceso de financiación y la puesta en marcha en terreno. En el desarrollo de la solución se han tenido en cuenta tres variables fundamentales: sencillez, sostenibilidad y durabilidad. El proyecto debe ser sencillo para facilitar su implementación debido a que el sistema va a ser auto gestionado por la comunidad; tiene que ser sostenible, por lo que se utilizarán materiales locales para tener acceso a recambios y mano de obra en caso de avería; y duradero, para ello se llevarán a cabo labores preventivas de mantenimiento. Además, se han priorizado decisiones con el objetivo de minimizar costes, debido al presupuesto limitado y a favorecer la posibilidad de desarrollar otros proyectos. A continuación, se expone el seguimiento del proceso seguido en el desarrollo del proyecto. En primer lugar, se ha estudiado el contexto socio cultural de Zimbabue, así como la utilización y distribución de los recursos hidrográficos del país. Se ha considerado fundamental comprender la situación actual y las necesidades de los zimbabuenses para la correcta realización del proyecto. Así mismo, se han estudiado soluciones similares implantadas en un mismo contexto de ayuda a comunidades rurales aisladas a obtener agua limpia de una forma sostenible y auto gestionada. Extrapolándolo a nuestra zona de actuación, se han estudiado proyectos realizados en el noreste de Zimbabue que aseguran el correcto funcionamiento de la tecnología a aplicar. Una vez recopilada la información técnica y tras analizar diferentes alternativas, se toma la decisión de diseñar un sistema de captación alimentado por una bomba solar y un sistema de distribución a la comunidad por gravedad. A continuación, se presentan las dimensiones de los elementos del proyecto, desarrolladas en la sección de cálculos. El pozo: La construcción del pozo se contratará a una empresa el país especializada. Se ha supuesto la profundad del pozo basada en el promedio de los pozos de la zona de 40 m. La estación de bombeo: Se ha decidido instalar una bomba sumergible de CC de 24 V, dadas las condiciones iniciales de gran profundidad y caudal reducido debe ser una bomba lenta. La bomba se alimentará de energía renovable, para su funcionamiento es necesario instalar un módulo fotovoltaico de 200 W p y 24V y una estación de control. El tanque: El elemento del tanque elevado tiene dos funciones: dar altura al sistema de distribución por gravedad y funcionar como reserva en el caso de que se produzca una avería en el pozo. Su dimensionamiento se ha calculado en función de la demanda de agua de la comunidad en un día, obteniendo una dimensión máxima de 8,000 L. La estructura: Se ha elegido construir una estructura simple de un acero común (S235) con un perfil HEB100. La estructura esta sobredimensionada a consciencia para garantizar que no colapse y proporciona una altura de 2m al tanque elevado. La red de distribución: El sistema de gravedad utiliza la carga disponible para transportar el agua de una manera sostenible. Se realizan cálculos de mecánica de fluidos para calcular el diámetro y la altura del depósito en función del caudal y el gasto del diseño. Al no conocer la topografía de la zona se ha asumido una diferencia de cota de 5 metros. Finalmente, se ha elegido un diámetro normalizado de 25 mm, que aporta una velocidad de llegada de 0.14 m/s. Se escoge el PVC como material para las tuberías por ser resistente y adecuado en proyectos de abastecimiento de agua. Calidad de agua: Se diseña un modelo de desinfección por cloro para implementar una cultura de limpieza de agua en la comunidad y evitar riesgos sanitarios asociados con el consumo de agua no desinfectada. En último lugar, se presentan unas guías de mantenimiento del sistema y diferentes alternativas de ampliación en el caso de que se disponga de mayor financiación. El impacto de este proyecto en la comunidad de Njenge es muy positivo, abastecerá agua de calidad a 300 habitantes. El segundo documento presenta el presupuesto calculado, que asciende a una suma de 11068,81 €.

ABSTRACT This final degree Thesis aims to address the problem of access to water in the rural community of Njenge, located in northeastern Zimbabwe. The purpose of this solidary engineering project is to bring the nearest water point, 3 kilometres away, to the community of Njenge, providing quality water to a total of 300 inhabitants. To this end, a water collection system appropriate to the specific contour conditions will be designed, as well as a sustainable distribution system from the deposit to the reservoir. This project arises in collaboration with the NGO Child Future Africa and the participation in it, in addition to addressing the scope of theoretical design, also includes participating in the funding process and field implementation. Three fundamental variables have been taken into account in the development of the solution: simplicity, sustainability and durability. The project must be simple to facilitate its implementation, since the system will be self-managed by the community; it must be sustainable, for this purpose local materials will be used to have access to spare parts and labour in the event of a breakdown; and long-lasting, preventive maintenance work will be carried out for this purpose. In addition, decisions have been prioritized with the aim of minimizing costs, due to limited budget and the possibility of developing other projects. Hereunder is the follow-up of the process followed in the development of the project. Firstly, the socio-cultural context of Zimbabwe has been studied, as well as the use and distribution of the country's hydrographic resources. An understanding of the current situation and the needs of Zimbabweans was considered essential for the successful implementation of the project. Similar solutions implemented in the same context of helping isolated rural communities to obtain clean water in a sustainable and self-managed manner have also been studied. Extrapolating it to our area of action, we have studied projects carried out in the northeast of Zimbabwe that ensure the proper functioning of the technology to be applied. Once the technical information has been compiled and after analyzing different alternatives, the final decision is to design a solar pump collection system and a gravity-fed distribution system to the community. The dimensions of the project elements, developed in the calculations section, are presented below. The well: The construction of the well will be contracted to a specialized company in the country. It has been assumed the depth of the well based on the average of the wells in the area of 40 m. Pumping station: It has been decided to install a 24 V DC submersible pump, given the initial conditions of great depth and reduced flow. The pump will be supplied with renewable energy, for its operation it is necessary to install a photovoltaic module of 200 W p and 24V and a control station. The tank: The element of the elevated tank has two functions: to give height to the gravity distribution system and to function as a reserve in the event of a failure in the well. Its dimensioning has been calculated according to the water demand of the community in one day, obtaining a maximum dimension of 8,000 L. The structure: It has been chosen to build a simple structure of a common steel (S235) with a HEB100 profile. The structure is consciously oversized to ensure that it does not collapse and provides a height of 2m to the elevated tank. The distribution network: The gravity-fed system uses the available load to transport the water in a sustainable way. Fluid mechanics calculations are made to calculate the diameter and height of the tank as a function of the flow rate and design expense. Since the topography of the area is not known, a difference in height of 5 metres has been assumed. Finally, a standardized diameter of 25 mm was chosen, which provides an arrival speed of 0.14 m/s. PVC was chosen as the material for the pipes as it is resistant and suitable for water supply projects. Water quality: A chlorine disinfection model is designed to implement a culture of water cleanliness in the community and avoid health risks. Finally, maintenance guides for the system are presented, as well as different alternatives for expansion if more funding is available. The impact of this project in the community of Njenge is very positive, it will supply quality water to 300 inhabitants. The second document presents the calculated budget, which amounts to 11068.81 €.