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    {
      "text": "EVALUACIÓN DE UN PROTOTIPO PARA LA\nDESINFECCIÓN DEL AGUA POR OZONIZACIÓN CON\nAUTONOMÍA ENERGÉTICA SOLAR: TIEMPOS DE\nCONTACTO Y CONCENTRACIONES DE OZONO.\nPresentado por:\nIng. Esp. LUIS DAVID QUIÑONES MANRIQUE\nDirector\nPhD. JAVIER ERNESTO FERNÁNDEZ MERA\nCodirectora\nDra. CLAUDIA PATRICIA ACOSTA ASTAIZA\nUNIVERSIDAD DEL CAUCA\nMAESTRÍA EN INGENIERÍA HIDRÁULICA E HIDROLÓGICA\nFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL\n2025",
      "num": 1
    },
    {
      "text": "Contenido\n1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................3\n1.1 Pregunta de investigación ..................................................................................4\n1.2 Hipótesis ............................................................................................................4\n1.3 Alcance ..............................................................................................................4\n2. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................4\n3. OBJETIVOS ..............................................................................................................7\n3.1 Objetivo general ................................................................................................7\n3.2 Objetivos específicos .........................................................................................7\n4. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................7\n4.1 Ozonización para la desinfección del agua........................................................7\n4.2 El ozono y su producción ..................................................................................8\n4.3 Solubilidad del ozono y equipos de contacto agua - ozono ...............................9\n4.4 Experiencias internacionales de desinfección del agua con ozono .................10\n4.5 Energía solar para la autonomía energética del prototipo de desinfección .....10\n4.6 Energía solar fotovoltaica y autonomía energética en Colombia ....................10\n4.7 Normas de la ozonización................................................................................12\n5. METODOLOGÍA, SELECCIÓN Y TRATAMIENTO DE LA MUESTRA...........12\n5.1 Enfoque y tipo de investigación ......................................................................12\n5.2 Diseño experimental ........................................................................................12\n5.3 Población y muestra ........................................................................................13\n5.4 Instrumentación ...............................................................................................13\n5.5 Procedimiento de experimentación .................................................................14\n5.6 Análisis de datos ..............................................................................................15\n5.7 Consideraciones éticas y de seguridad ............................................................15\n6. RESULTADOS ESPERADOS ................................................................................15\n6.1 Descripción del lugar de aplicación.................................................................15\n6.2 Resumen de resultados esperados....................................................................16\n7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..................................................................18\n8. PRESUPUESTOS ...................................................................................................19\n9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...................................................................21",
      "num": 2
    },
    {
      "text": "1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA\nAunque hay abundancia del recurso hídrico en Colombia muchos pobladores aún no tienen\nacceso al agua potable. El cinturón de lluvias tropicales irriga la mayor parte de los Andes\ncolombianos dos veces al año influyendo en diferentes regiones como la del Chocó\nBiogeográfico, donde el Estudio Nacional del Agua (ENA, 2022) indica una disponibilidad\nhídrica de 8748 m³/s; paradójicamente, el mismo estudio revela que en Colombia la demanda\nhídrica multisectorial es de 32.331 millones de m3/año y que aún no se satisface la demanda\npara el consumo humano (doméstico) cuyo porcentaje es menor al 12,3%.\nEn Colombia, el Índice de Riesgo para la Calidad del Agua - IRCA, sitúa al departamento\ndel Cauca en un nivel de alto riesgo con algunos de sus acueductos en estado inviable\nsanitariamente (INCA, 2020); no obstante, los habitantes que no tienen acueducto se\nabastecen del líquido utilizando sistemas de tratamiento que suelen ser precarios e\nimprovisados, mientras otros usan el agua lluvia y fuentes superficiales sin tratamiento\nalguno, configurando un riesgo potencial para la salud ya que en muchos casos el agua de\nconsumo no posee las características físicas, químicas o microbiológicas que se demanda\npara que sea una bebida segura y saludable.\nAsí mismo, debe tenerse en cuenta que además de la falta de agua potable existen problemas\nen los sectores energético, salud, educación y transporte en la zona rural del pacífico\ncolombiano (Asprilla et al., 2022), esto quiere decir limitaciones en los servicios esenciales\npara la permanencia en educación y calidad de vida a nivel nacional, de la misma manera,\nde las 35.892 sedes educativas rurales reportadas en el Ministerio de Educación Nacional –\nMEN (2016), la infraestructura educativa tiene una edad promedio de 37 años, de las cuales\nel 38% no tiene red de gas, el 70% no cuenta con alcantarillado, el 40% no tiene acueducto,\nel 36% no cumple con la relación de baterías sanitarias por estudiante, el 27% se inunda y\nel 13% no tiene energía, mientras que el 66% del total de la población se encuentra en Zonas\nNo Interconectadas - ZNI.",
      "num": 3
    },
    {
      "text": "Finalmente, entidades gubernamentales como el INCA (2022) advierte del potencial riesgo\nsanitario en la mayor parte de las zonas rurales del país ya que requieren del abastecimiento\nde agua con cantidad, calidad y permanencia. Por ende, es preciso reiterar el nivel de\nurgencia e importancia del desarrollo y aplicación de alternativas tecnológicas para\npotabilizar el agua considerando las limitaciones del contexto rural en Colombia. En\nconsecuencia, surge lo siguiente:\n1.1 Pregunta de investigación\n¿Qué tiempos de contacto y concentraciones de ozono en agua se requieren para garantizar\nla desinfección realizada por un prototipo que utiliza energía solar fotovoltaica para generar\nde forma autónoma el ozono in situ?\n1.2 Hipótesis\nEl agua contaminada con agentes microbiológicos como el (Enterococcus spp.), puede ser\ntratada con un prototipo que aprovecha la energía solar fotovoltaica para la producción de\nozono in situ y la mezcla hidráulica, determinando tiempos de concentración sostenidos.\n1.3 Alcance\nEl alcance del proyecto de investigación es de tipo experimental - correlacional ya que busca\nestablecer los tiempos contacto y concentración que garantizan la desinfección del agua\ncontaminada con un agente microbiológico a partir de un prototipo de ozonización que\nfunciona con autonomía energética solar para caudales entre 0.1 𝑎 1 𝑚3 por día.\n2. JUSTIFICACIÓN\nLa desinfección de agua en sistemas de pequeños caudales, como unidades domésticas,\ncomunidades rurales o instalaciones descentralizadas, ha ganado creciente atención debido\na la necesidad de tecnologías eficientes, seguras y sostenibles para garantizar el acceso a\nagua potable de calidad. En este contexto, la ozonización ha emergido como una tecnología\navanzada de oxidación altamente efectiva, capaz de inactivar una amplia gama de patógenos,\nincluyendo bacterias, virus, protozoos y esporas, sin generar significativos subproductos de\ndesinfección halogenados asociados a efectos adversos en la salud humana (WHO, 2023).",
      "num": 4
    },
    {
      "text": "Dado que en la zona rural colombiana el abastecimiento de agua potable es muy limitado y\nsumado a la imposibilidad de implementar rápidamente sistemas de tratamientos colectivos,\nes necesario pensar una solución individual para puntos de interés sanitario como centros\neducativos y de salud, en los cuales se busca disminuir la propagación de enfermedades y la\nmortalidad infantil, cuya incidencia principal se relaciona con la proliferación de bacterias,\nvirus, quistes y protozoos que se combaten principalmente con cloro, a pesar que numerosos\nestudios colocan el ozono con mejores resultados de desinfección ante estos patógenos\n(Bataller, 2022).\nLa mayor parte de los puntos de interés sanitario están ubicados en lugares de difícil acceso,\ndonde las redes eléctricas se encuentran pobremente establecidas y hay cortes frecuentes en\nel suministro eléctrico, además, existen riesgos ante la manipulación y el transporte de cloro\no ante su obtención electroquímica. En contraste; la desinfección del agua por medio de\nozono requiere de una infraestructura comparativamente de menor tamaño, de fácil\ninstalación e ideal para soluciones unitarias o aplicaciones que requieren alternativas de\ndesinfección específicas, como en pequeñas escuelas, centros de salud, o centros de reunión\ncomunitaria ubicados en lugares apartados que aún no tienen acceso al agua potable como\nen muchas veredas del país; en este sentido, Bataller (2022) recomienda la introducción de\nla ozonización del agua de consumo por sus excelentes resultados en comparación al cloro.\nPor ende, se propone evaluar una alternativa tecnológica de purificación del agua con ozono\ngenerado in situ utilizando energía fotovoltaica para su funcionamiento autónomo en el\npunto de uso, a bajo costo, de fácil transporte e instalación y que aporte al Grupo de\nInvestigaciones Ambientales - GIA y al Grupo de Investigación en Genética Humana\nAplicada – GIGHA en el tema relacionado a la desinfección del agua de consumo humano\narticulado a la producción del reactivo en el punto de uso utilizando energía solar\nfotovoltaica como una alternativa tecnológica en puntos de interés sanitario.\nLa presente propuesta pretende evaluar un prototipo cuyo funcionamiento consiste en\ndesinfectar un volumen de agua mediante la ozonización del mismo por mezcla hidráulica\nagua-ozono que es realizada utilizando un dispositivo Venturi activado por el bombeo de",
      "num": 5
    },
    {
      "text": "agua sostenido, alimentado a su vez, por un sistema fotovoltaico que supla la demanda\nenergética requerida en el proceso y de algunos elementos de electrónica consistente en\nsistemas embebidos utilizados para el censado y la generación de alertas. A continuación, se\nresumen los componentes principales del prototipo para realizar la mezcla hidráulica:\nElemento Especificaciones Capacidad Función\nOzonizador 100w\n110 V\n180 m3/h\n60 gr/h\nGenerar el ozono in situ a partir del oxígeno\npresente en el aire\nBomba de agua 1/2 HP\n3.5 A/110 V\nHmáx 40m\nQ 40L/min\nBombear el agua para activar el tubo de Venturi\nTubo de Venturi Diámetro 3/4’’ 30 L/min Realizar la mezcla hidráulica para la transferencia\ndel aire proveniente desde el generador de ozono\nTanque de mezcla Cierre hermético 120-200L Tanque plástico para realizar la mezcla hidráulica\nPanel solar\nX2\n180w 21,6 Voc\n11,62 Isc\nGenerar potencia fotovoltaica\nControlador 300w input 12V\n35A\nControlar la carga proveniente de los paneles y\nfluye hacia la batería o la carga de consumo\nInversor 1 kw output 12V Convierte la potencia eléctrica DC a AC\nBatería 240 Ah Ah Almacenar la carga eléctrica\nTabla 1. Componentes principales para el proceso de ozonización y energía fotovoltaica.\nImagen 1. Prototipo modelo, tanque azul de reserva de agua, dispositivo de Venturi y\nsistema fotovoltaico que alimenta energéticamente al reactor de ozono y el sistema de\nbombeo.",
      "num": 6
    },
    {
      "text": "3. OBJETIVOS\n3.1 Objetivo general\nEvaluar un prototipo para la desinfección de agua mediante ozonización in situ con\nautonomía energética solar, determinando los tiempos de contacto y de generación de\nconcentraciones de ozono disuelto necesarios para lograr la reducción efectiva de\nEnterococcus spp. en condiciones controladas.\n3.2 Objetivos específicos\n⮚ Determinar las curvas de concentración de ozono disuelto en agua en función del\ntiempo y bajo condiciones de operación con energía solar.\n⮚ Evaluar la eficiencia de reducción de Enterococcus spp. en función del tiempo de\ncontacto y la concentración del ozono disuelto en agua.\n⮚ Caracterizar y ajustar las variables físicas operativas del prototipo para identificar los\nparámetros óptimos de operación que maximicen la eficiencia de desinfección.\n4. MARCO TEÓRICO\n4.1 Ozonización para la desinfección del agua\nEl ozono se ha utilizado desde 1919 en la desinfección del agua potable, es un fuerte biocida\ncapaz de desactivar microorganismos patógenos resistentes al cloro y al dióxido de cloro,\nactualmente, se utilizan con más frecuencia las tecnologías basadas en el ozono para la\ndesinfección del agua y su buena calidad. Este es capaz de inactivar una amplia variedad de\npatógenos, por ejemplo: bacterias, esporas, protozoos, virus y proteínas priónicas.\nIgualmente, el O3 es altamente competente en comparación con el cloro en relación con la\ndesinfección, ya que comprende tiempos de reacción más pequeños sin rebrote microbiano.\nBajo este aspecto el O3 residual se descompone rápidamente en O2 sin ningún problema ya\nque los virus y las bacterias son más vulnerables a la oxidación con O3 en comparación con",
      "num": 7
    },
    {
      "text": "los protozoos siendo necesaria una menor cantidad de ozono para eliminar virus y bacterias\ntales como (E. coli), virus (Adenovirus, Coxsackievirus y Echovirus) y protozoos (C.\nparvum, G. muris y G. lamblia) que pueden eliminarse mediante la tecnología de tratamiento\ncon O3, Gomes et al. (2019).\n4.2 El ozono y su producción\nEl ozono es un gas formado por tres átomos de oxígeno enlazados entre sí, (Rodriguez, 2008)\ndefine el ozono como un gas de color azulado que presenta un punto de ebullición de 161,3K\ny un punto de fusión de 80,7 K en condiciones normales de laboratorio; también se ha\nestablecido a partir de técnicas de espectroscopía que molecularmente existe una distancia\nO – O de 127,2 pm y un ángulo O–O–O de 116,78°, mientras que su configuración se\nrepresenta mediante la teoría de resonancia con dos estructuras principales de igual\nponderación más una cíclica como se muestra en la figura 1.\nImagen 2. Estructuras de resonancia para la molécula de ozono Rodríguez et al. (2008).\nPor otra parte, el ozono se produce de forma natural por dos fenómenos principales, el\nprimero: mayoritariamente se debe a la exposición del oxígeno atmosférico ante la radiación\nelectromagnética con longitudes de onda menores a los 240 nm, ya que esta luz ultravioleta\ndisocia las moléculas de O2 en oxígeno atómico O el cual se combina rápidamente con otras\nmoléculas de O2 generando O3 lo que se conoce como el mecanismo de Chapman IDEAM\n(2024); el segundo es producido a través de las descargas eléctricas con mecanismos\nsimilares de disociación de moléculas de O2 al ponerse en conducción eléctrica, en presencia\nde vapor de agua y nitrógeno, en donde también se generan de forma secundaria hidroxilo\nOH e hidroperoxilo HO2 a partir de la combinación con el agua así como monóxidos de\nnitrógeno NO, resultando una menor contribución cercana a la capa de ozono cercana al\n10%.",
      "num": 8
    },
    {
      "text": "De otra forma, la producción de O3 en condiciones de laboratorio, existen varias formas para\ngenerar el ozono tales como la descarga de corona eléctrica, la exposición a rayos UV y la\nhidrólisis, entre otros. En general, bajo condiciones normales de presión y temperatura se\nestima que la energía necesaria puede estar alrededor de 286 kilojulios por mol para producir\nozono a partir de un gas con presencia de moléculas de oxígeno (Tripathi & Hussain, 2021).\n4.3 Solubilidad del ozono y equipos de contacto agua - ozono\nLa tasa y grado de oxidación o mineralización de los contaminantes presentes en el agua\ndepende directamente de la concentración de ozono disuelto, por ello, dicha concentración\nes un parámetro imprescindible en el diseño de dispositivos para el tratamiento o la\ndesinfección del agua.\nEl balance de masa del ozono para un elemento de volumen de fase acuosa durante un\ntratamiento de ozonización isotérmica (o en condiciones normales donde el proceso es\ncontrolado por un caudal de paso químico de ozono y su determinada solubilidad en agua,\ngarantizando la transferencia volumétrica), consiste en medir y observar la descomposición\ndel ozono debida a las reacciones entre el ozono, el agua y el compuesto disuelto en ella.\nPara mejorar la eficiencia del proceso de solubilidad del ozono en el agua existen varios\nmétodos consistentes en favorecer la mezcla hidráulica, entre ellos está la utilización de\ndepuradores Venturi, reactores de chorro, columnas de platos, mangueras o piedras\ndifusoras, entre otros. Aunque el fenómeno de la transferencia de ozono en el agua se ha\nvuelto más conocido, debe admitirse que en la mayoría de los casos la elección de un sistema\nde contacto en particular se basa mucho más en el hábito que en el resultado de un análisis\ndel proceso de quimio sorción.\nPor último, cabe señalar que las reacciones rápidas e instantáneas están limitadas por la\ntransferencia de masa de ozono desde la fase gaseosa en la capa límite líquida, por ende, la\nmayor parte de las reacciones de ozonización ocurren en la interfase o en la delgada capa\nlímite líquida lo que implica que la concentración de ozono disuelto es cero o cercana a cero.\nLas investigaciones experimentales de acuerdo con la literatura muestran por ejemplo que\nuna construcción eficaz es el reactor de burbujas de flujo descendente, seccionado por placas",
      "num": 9
    },
    {
      "text": "de tamiz de área libre relativamente grande S = 60% - 70%, donde la principal ventaja de\neste tipo de reactor se debe a los altos valores de las áreas interfaciales específicas entre el\ngas y el líquido, cuyo sistema está sometido a valores bajos y moderados de disipación de\nenergía Munter et al. (1993).\n4.4 Experiencias internacionales de desinfección del agua con ozono\nEn la revisión bibliográfica se han encontrado múltiples experiencias relacionadas con la\nimplementación de prototipos de potabilización del agua en África, Europa, Norteamérica y\nSudamérica aprovechando que la radiación proveniente del sol puede ayudar a desinfectar\nel agua, principalmente por su contenido de radiación ultravioleta, cuyo rango es de mayor\nenergía dentro del espectro electromagnético (Gomes et al.,2019).\nPor otra parte, algunos otros desarrollos han llevado al aprovechamiento del mismo rango\ndel espectro utilizándolo en la producción de energía fotovoltaica por medio de ensayos que\nutilizan dicha energía de forma indirecta para desinfectar el agua con un tratamiento de\nozonización, representando una alternativa para lugares apartados que carecen de red\neléctrica como para la desinfección del agua en dichos lugares en los que se han construido\nalgunos prototipos con buenos resultados (Osmero et al., 2021).\n4.5 Energía solar para la autonomía energética del prototipo de desinfección\nLa energía es fundamental para las actividades antrópicas, su demanda es mayor cada día,\npero la producción de esta se acorta debido a las limitaciones que los recursos naturales\nimponen con consecuencias en los ámbitos económico y social, como por ejemplo en el\ntratamiento del agua con la instalación de pequeñas plantas potabilizadoras utilizando\nenergía eléctrica procedente de una fuente fotovoltaica utilizando tecnologías con bajas\nemisiones de CO2 como es el caso de Polonia donde se encuentran sistemas de\npotabilización de agua con base en ozono impulsada con energía solar (Pawlat &\nStryczewska, 2011).\n4.6 Energía solar fotovoltaica y autonomía energética en Colombia\nColombia es un país con excelente potencial solar fotovoltaico principalmente en la región\nCaribe manteniendo buenos niveles de radiación a medida que se desciende en las latitudes\nhacia el Amazonas donde la potencia media de la misma desciende, aun así, es importante",
      "num": 10
    },
    {
      "text": "resaltar que se encuentra ubicada en la zona ecuatorial con una radiación promedio más\nestable durante todo el año.\nImagen 3. Mapa del sobre el potencial solar en Colombia IDEAM (2024).\nEn los diferentes modelos encontrados se observa una mayor tendencia a la utilización de la\nenergía solar fotovoltaica debido al efecto del sol, los vientos y las corrientes de agua que\ntambién son fuentes importantes de energía. Bajo este aspecto la riqueza hídrica refleja un\npanorama favorable en la mayor parte del territorio debido a su posición geográfica y sus\ncaracterísticas morfométricas resaltando principalmente la cordillera de los Andes que\naunado al cinturón de lluvias generan precipitaciones que dibujan múltiples cuencas, ríos y\nriachuelos cuyo potencial hídrico energético no es despreciable.\nEl paradigma hidráulico tiene que llevar a las regiones a cambiar su forma de gestión del\nlíquido pues los sistemas abastecedores centralizados han dejado a miles de millones de\npersonas en todo el mundo sin acceso al agua potable. El agua y la energía son fundamentales\npara el desarrollo del país y son potencialmente aprovechables por medio de diferentes\nalternativas que pueden implementarse en la transformación de la energía requerida para la\npurificación del agua mediante proyectos híbridos como solar - eólico, hidráulico - solar,\nhidráulico - eólico ofreciendo mayores garantías aún.",
      "num": 11
    },
    {
      "text": "4.7 Normas de la ozonización\nDebido a la volatilidad, toxicidad y el más alto poder de oxidación del O3, a nivel mundial\nexisten diferentes normativas proferidas por la Organización Mundial de la Salud, o el\nParlamento Europeo que se adoptan por primera vez en 1998 por el Gobierno de España, a\nfin de regular el uso de sustancias tóxicas mediante normas y reglamentos para que el uso\nde estas sustancias resultara lo menos nocivo posible tanto para la salud, como para el medio\nambiente. En estas se mencionan pruebas de eficacia del ozono, valoración y evaluación del\ngas, así como la presentación de informes y documentos acerca de aplicaciones del ozono\nen distintos ámbitos. En Colombia es la resolución 330 de 2017 por la cual se adopta la RAS\nen su título k (2019) y que reglamenta el uso del ozono, sin embargo, aunque no establece\nconcentraciones específicas de ozono se indica que concentraciones entre 0.5 a 0.8 mg/l\ndurante 3 a 4 minutos son suficientes para desinfectar agua.\n5. METODOLOGÍA, SELECCIÓN Y TRATAMIENTO DE LA\nMUESTRA\n5.1 Enfoque y tipo de investigación\nEsta investigación es de tipo experimental, cuantitativa y aplicada, con un diseño\ncorrelacional-causal que permite establecer relaciones causa-efecto entre las variables\noperativas del prototipo (tiempo de exposición, concentración de ozono, caudal, radiación\nsolar) y la reducción de la carga microbiológica (Enterococcus spp.).\nEl enfoque experimental permite manipular condiciones controladas para evaluar el\ndesempeño del prototipo en la desinfección de agua, con el fin de proponer parámetros\nóptimos de operación.\n5.2 Diseño experimental\nSe utilizará un diseño completamente aleatorizado (DCA) con mediciones repetidas, en el\nque se evaluarán diferentes tiempos de exposición al ozono como tratamiento principal.\nCada tratamiento se replicará seis veces para garantizar robustez estadística.",
      "num": 12
    },
    {
      "text": "Diagrama 1. Descripción de las variables de estudio de la propuesta.\n5.3 Población y muestra\nLa unidad de análisis son muestras de agua sintéticamente contaminadas con una cepa\nestandarizada de Enterococcus faecalis utilizada como indicador microbiológico de\ncontaminación fecal.\nSe prepararán 30 muestras distribuidas en 5 tratamientos (tiempos de exposición: 3, 6, 9, 12\ny 15 minutos), con 6 réplicas por tratamiento. Todas las muestras se procesarán en\ncondiciones de laboratorio controladas (temperatura, pH, luz, etc.) para asegurar la\nreproducibilidad.\n5.4 Instrumentación\nEl sistema experimental estará compuesto por los siguientes instrumentos de medición:\n➢ Ozono disuelto: Kit de Reactivo para ozono (rango 0–2 mg/L, precisión ±0.02 mg/L\n+/-3%)\nVariables del\nestudio\nVariables\nindependientes\nTiempo de exposición al ozono: 3,\n, 9, 12, 15 min\t6\nConcentración de ozono disuelto (mg/L)\nIntensidad de radiación solar (W/m²)\nCaudal de agua (L/min)\nVariable\ndependiente\nReducción logarítmica de\nEnterococcus spp. (log₁₀ UFC/mL)\nVariables controladas\nTemperatura del agua ( °C)\npH del agua\nConcentración inicial de microorganismos\n(≈10⁶ UFC/mL)\nVolumen de agua tratada (200 L por ensayo)\nTipo de matriz (agua destilada inoculada).",
      "num": 13
    },
    {
      "text": "➢ Radiación solar: Estaciones meteorológicas cercanas (rango 0–2000 W/m²)\n➢ Caudal de agua: Ozonización por tandas de 120 L (medida indirecta por tiempo de\ntanda)\n➢ Voltaje y corriente: Multímetro digital de alta precisión\n➢ Temperatura y pH: Sensor multiparamétrico (calibrado diariamente)\n➢ Microbiología: Material estéril para siembra (metodología sujeta a protocolos\nGIGHA)\n5.5 Procedimiento de experimentación\nEl experimento se desarrollará de acuerdo con las siguientes fases según los objetivos\nplanteados:\nDiagrama 2. Fases del procedimiento de experimentación y verificación del\nfuncionamiento del prototipo\nFase 3\nMonitoreo energético y operativo\nDurante cada ensayo,\nse registra: Radiación solar Voltaje y corriente del\nsistema fotovoltaico\nTemperatura del\nagua\nSe evalúa la autonomía\nenergética: si el sistema\nopera sin necesidad de\nred eléctrica externa.\nFase 2\nEnsayos de desinfección\nPara cada tiempo de exposición (3, 6,\n9, 12, 15 min), se inicia el flujo de agua\ny ozono.\nAl final de cada tiempo, se extraen 100\nmL del tanque de mezcla.\nLas muestras se procesan\ninmediatamente para análisis\nmicrobiológico.\nFase 1\nAcondicionamiento y puesta a punto del prototipo para el experimento de desinfección\nSe verificará el encendido y correcto\nfuncionamiento del sistema fotovoltaico,\ngenerador de ozono, bomba y tubo\nVenturi.\nSe realizarán pruebas piloto para\najustar el caudal (ej. 1.5 L/min) y\noptimizar la transferencia de\nozono.\nSe medirá la cinética de generación de\nozono disuelto cada 2 minutos durante\n30 min para establecer la curva de\nsaturación y determinar el tiempo\nóptimo de generación.",
      "num": 14
    },
    {
      "text": "5.6 Análisis de datos\nLos datos se procesarán y analizarán con las siguientes herramientas:\nTabla 2. Resumen de las herramientas de análisis de los datos de la propuesta.\n5.7 Consideraciones éticas y de seguridad\nDado que se trabaja con un agente microbiológico patógeno, se seguirán protocolos de\nbioseguridad de nivel 2 (BSL-2), incluyendo uso de EPP (guantes, bata, mascarilla), trabajo\nen cabina de flujo laminar y desinfección de residuos mediante autoclave. Además, por el\nmanejo de ozono gaseoso —altamente oxidante y tóxico en altas concentraciones—, el\nprototipo operará en un área ventilada y con sensores de detección de fugas, cumpliendo con\nlas recomendaciones de la OMS y la normativa nacional (Resolución 330 de 2017 – RAS\nTítulo K).\n6. RESULTADOS ESPERADOS\n6.1 Descripción del lugar de aplicación\nLa validación técnica del prototipo se llevará a cabo en el laboratorio de hidráulica de la\nfacultad de Ingeniería Civil de la Universidad del Cauca, bajo condiciones controladas que\nMedias, desviaciones estándar, errores estándar para cada variable.\nEstadística descriptiva:\nGráficos de reducción logarítmica vs. tiempo y vs. concentración de ozono.\nCurvas de cinética de desinfección:\nModelos de Chick-Watson o primer orden para ajustar la cinética de inactivación microbiana.\nRegresión no lineal:\nPara comparar diferencias significativas en la reducción microbiana entre tiempos de exposición (nivel de\nsignificancia: p < 0.05).\nANOVA de un factor:\nPara analizar la relación entre concentración de ozono, tiempo y reducción microbiana.\nCorrelación de Pearson/Spearman:\nR Studio (recomendado), OriginLab o Excel (para gráficos y análisis básicos).\nSoftware:",
      "num": 15
    },
    {
      "text": "permitan caracterizar con precisión la eficiencia del sistema en términos de generación de\nozono in situ, transferencia hidráulica mediante dispositivo Venturi y reducción\nmicrobiológica. Este entorno proporciona las condiciones ideales para el monitoreo riguroso\nde variables operativas como concentración de ozono disuelto, tiempos de contacto, caudal\ny carga microbiana, garantizando la validez científica y técnica de los resultados obtenidos.\nUna vez validado su desempeño, el prototipo tiene potencial para ser adaptado y escalado a\ncontextos rurales y de difícil acceso, como unidades productivas agrícolas, centros\neducativos o de salud en zonas no interconectadas (ZNI), donde el acceso a agua potable y\nenergía estable es limitado, así como en territorios PDET con altos índices de pobreza y\nvulnerabilidad.\n6.2 Resumen de resultados esperados\nDentro de los resultados de la investigación se tienen los supuestos que se describen en la\nsiguiente tabla.",
      "num": 16
    },
    {
      "text": "Tabla 3. Resultados esperados de acuerdo con cada actividad, meta y beneficiario por\nindicador.\nResultado Beneficiario Meta Indicador\nEstado del arte\nInvestigador\nComunidad académica\nUn estudio de\nanálisis\nMatriz de resultados de la búsqueda sistemática\nde referencias\nResumen de la clasificación de resultados con la\nmayor relevancia\nSocialización del estudio\nde investigación en\ncongresos o seminarios\nInvestigador\nUniversidad del Cauca\nComunidad académica\nUna ponencia\nEvaluar el prototipo funcional en estado de\ndesarrollo TRL6 para la realización de pruebas de\ndifusión de O2 y O3 en H2O, usando ozono\nproducido in situ con energía solar\nObtener curvas de O2 y O3 en H2O versus la\nacción de infección y desinfección (Acoplar\nmetodología GHIGA)\nTesis de Maestría en\nIngeniería Hidráulica e\nHidrológica\nPublicación de tesis de\nmaestría\nInvestigador\nComunidad académica\nUniversidad del Cauca\nPuntos de uso de agua potable que\nrequieran una alternativa de\ndesinfección de agua como la\npresente\nUn artículo\nsometido a\nrevista científica\nUna tesis de\nmaestría\naprobada\nObtener curvas de las comparativas\n(microbiológicos vs ozonización solar)\nElaborar el informe final.",
      "num": 17
    },
    {
      "text": "7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES\nActividad Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6\nRevisión bibliográfica y ajuste del marco teórico\nRevisión y acondicionamiento del prototipo\nPruebas piloto y ajuste de variables operativas (caudal, voltaje,\ntransferencia de ozono)\nEjecución de ensayos de ozonización (medición de [O₃] y tiempos)\nPreparación de muestras con microorganismos\nAnálisis microbiológico de muestras (UFC/mL)\nMonitoreo del sistema fotovoltaico y autonomía energética\nProcesamiento y análisis estadístico de datos\nRedacción del informe final y conclusiones\nPresentación del proyecto (si aplica)\nTabla 4. Resultados esperados de acuerdo con cada actividad, meta y beneficiario por\nindicador.",
      "num": 18
    },
    {
      "text": "8. PRESUPUESTOS\nPERSONAL\nInvestigador Formación\nacadémica\nFunción dentro del\nproyecto\nTotal, por seis\nmeses\nAsesor PhD. Director interno\n(8hr/mes)\n$3.360.000\nAsesora Dra. Director interno\n(8hr/mes)\n$3.360.000\nInvestigador\nGEA Aspirante a Magister Investigador\n(80hr/mes) $7.200.000\nMATERIALES\nÍtem Justificación Valor total\nComputador Análisis y procesamiento de datos $3.500.000\nOzonizador Sistema de producción de ozono $450.00\nEnergizador Sistema fotovoltaico $500.00\nDifusor Sistema de bombeo y difusión del ozono $600.00\nMedición Sistema de medición de ozono $650.00\nEvaluación Métodos de incubación, inoculación y desinfección $1.500.000\nSUBTOTAL PRESUPUESTO $10.560.000\nIMPREVISTOS 10% $1.056.000\nTOTAL, PRESUPUESTO $11.616.000\nTabla 5 y 6. Presupuesto para el desarrollo del proyecto, Personal y Materiales y fuentes\nde financiación.",
      "num": 19
    },
    {
      "text": "FUENTES DE FINANCIACIÓN\nCONCEPTO PROPIOS UNICAUCA\nServicios Profesionales y Asesorías\nAsesoría del director $3.696.000\nAsesoría externa $7.920.000\nMateriales equipo y transporte $7.920.000\nTOTALES $15.840.000 $3.696.000\nTabla 7. Presupuesto para el desarrollo del proyecto, Fuentes de financiación.",
      "num": 20
    },
    {
      "text": "9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.\nAsprilla-Córdoba, K. L., & Montenegro-Martínez, G. (2022). Desigualdades sociales en\nsalud: análisis de la región pacífica colombiana. Salud UIS, *54*(1), e22048.\nhttps://doi.org/10.18273/saluduis.54.e:22048\nAmador, A., Bataller, M., Fernández, L. A., Méndez, I., Fernández, I., & Ramos, C. (2010).\nDesinfección de agua con ozono en círculos infantiles en La Lisa, Ciudad de La Habana.\nGestión del Proyecto y valoración crítica. Revista CENIC. Ciencias Biológicas, 41, 1-11.\nGomes, J., Matos, A., Gmurek, M., Quinta-Ferreira, R. M., & Martins, R. C. (2019). Ozone\nand photocatalytic processes for pathogens removal from water: A review. Catalysts, *9*(1),\n46. https://doi.org/10.3390/catal9010046\nInstituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales [IDEAM]. (2024). Formación\ny destrucción del ozono estratosférico. Química de la atmósfera.\nhttp://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/formacion-y-destruccion-del-ozono-\nestratosferico\nMarulanda, Hanela, Gómez, & Candal. (2016). Experiencias en la cuantificación de ozono\ndisuelto en agua mediante colorimetría con índigo.\nMinisterio de Vivienda, Ciudad y Territorio [MVCT]. (2019). Reglamento técnico del sector\nde agua potable y saneamiento básico Título K.\nMunter, Preis, Kamenev, & Siirde. (1993). Methodology of ozone introduction. Ozone\nScience and Engineering.\nNatasha Avendaño García, Milton Eduardo Bayona, Víctor Hugo Arenas Garzón, Karen\nAmanda Bustos Pineda, Dirceu Enrique Vargas Pedroza, Melani Ailyn Cáceres Pirajan, Luis\nAlberto Esguerra Amaya, & Marlon Jaramillo Zapata. (2020). Informe nacional de calidad\ndel agua para consumo humano. https://www.minvivienda.gov.co/calidad-del-agua-para-\nconsumo-humano/informe-nacional-de-calidad-del-agua-para-consumo-humano-inca-2020\nOsejo Villamil, I., Sabogal, A., Cobillos, F., & Supelano, D. (2016). Los retos en cierre de\nbrechas para los nuevos mandatarios: Región Pacífico. Departamento Nacional de\nPlaneación. https://www.dnp.gov.co\nOsmero, I., Girón Escobar, F., Alberto, M., Peña, C., Mabel Del Pilar, D. C., Torres, E.,\nArabel, M., & Iglesias, M. (2021). Sistema para potabilizar agua, alimentado por energía\nsolar fotovoltaica y del sistema electroenergético nacional. Revista de Ingeniería y\nDesarrollo, *8*(3).\nPawlat, J., & Stryczewska, H. D. (2011). Solar energy for water conditioning. International\nJournal of Environmental and Ecological Engineering, *5*(9), 443-446.\nProfesional Ingeniería Mecánica Y Eléctrica, C. de, el Aeropuerto De Jaén, U. E., Eduard\nDenis Espinoza Campos Asesor, B., & Paulo Jaime Martínez Castillo, I. (2021). Universidad",
      "num": 21
    },
    {
      "text": "Nacional de Jaén \"Diseño y construcción de un prototipo automatizado para desinfectar agua\nsuperficial usando ozono y radiación ingeniero mecánico electricista. http://www.unj.edu.pe\nRodríguez, A., Rosal, R., Perdigón-Melón, J. A., Mezcua, M., Agüera, A., Hernando, M. D.,\nLetón, P., Fernández-Alba, A. R., & García-Calvo, E. (2008). Ozone-based technologies in\nwater and wastewater treatment. In D. Barceló & A. Kostianoy (Eds.), Handbook of\nEnvironmental Chemistry, Volume 5: Water Pollution (pp. 127–175). Springer.\nhttps://doi.org/10.1007/698_5_103\nTripathi, S., & Hussain, T. (2021). Water and wastewater treatment through ozone-based\ntechnologies. In S. P. Devipriya & M. P. Shah (Eds.), Development in Wastewater Treatment\nResearch and Processes: Removal of Emerging Contaminants from Wastewater through\nBio-nanotechnology (pp. 139–172). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85583-\n9.00015-6\nVelásquez-Restrepo, M., & Poveda, G. (2019, marzo). Estimation of the water balance of\nthe Colombian Pacific region. Proceedings of the 10th World Climate Research Programme\nInternational Conference on Regional Climate, 300–306. https://www.wcrp-climate.org/\nVenta, M. B., Lorenzo, V., Asela, L., García, F., Castro, C. H., Torres, F., Alvarez Alvarez,\nC., & Urrutia, E. S. (2005). Determinación de parámetros de diseño y desinfección con\nozono de un efluente municipal. Revista CENIC. Ciencias Químicas, *36*, 1-10.",
      "num": 22
    }
  ],
  "text": "EVALUACIÓN DE UN PROTOTIPO PARA LA\nDESINFECCIÓN DEL AGUA POR OZONIZACIÓN CON\nAUTONOMÍA ENERGÉTICA SOLAR: TIEMPOS DE\nCONTACTO Y CONCENTRACIONES DE OZONO.\nPresentado por:\nIng. Esp. LUIS DAVID QUIÑONES MANRIQUE\nDirector\nPhD. JAVIER ERNESTO FERNÁNDEZ MERA\nCodirectora\nDra. CLAUDIA PATRICIA ACOSTA ASTAIZA\nUNIVERSIDAD DEL CAUCA\nMAESTRÍA EN INGENIERÍA HIDRÁULICA E HIDROLÓGICA\nFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL\n2025\n\n-- 1 of 22 --\n\nContenido\n1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................3\n1.1 Pregunta de investigación ..................................................................................4\n1.2 Hipótesis ............................................................................................................4\n1.3 Alcance ..............................................................................................................4\n2. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................4\n3. OBJETIVOS ..............................................................................................................7\n3.1 Objetivo general ................................................................................................7\n3.2 Objetivos específicos .........................................................................................7\n4. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................7\n4.1 Ozonización para la desinfección del agua........................................................7\n4.2 El ozono y su producción ..................................................................................8\n4.3 Solubilidad del ozono y equipos de contacto agua - ozono ...............................9\n4.4 Experiencias internacionales de desinfección del agua con ozono .................10\n4.5 Energía solar para la autonomía energética del prototipo de desinfección .....10\n4.6 Energía solar fotovoltaica y autonomía energética en Colombia ....................10\n4.7 Normas de la ozonización................................................................................12\n5. METODOLOGÍA, SELECCIÓN Y TRATAMIENTO DE LA MUESTRA...........12\n5.1 Enfoque y tipo de investigación ......................................................................12\n5.2 Diseño experimental ........................................................................................12\n5.3 Población y muestra ........................................................................................13\n5.4 Instrumentación ...............................................................................................13\n5.5 Procedimiento de experimentación .................................................................14\n5.6 Análisis de datos ..............................................................................................15\n5.7 Consideraciones éticas y de seguridad ............................................................15\n6. RESULTADOS ESPERADOS ................................................................................15\n6.1 Descripción del lugar de aplicación.................................................................15\n6.2 Resumen de resultados esperados....................................................................16\n7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..................................................................18\n8. PRESUPUESTOS ...................................................................................................19\n9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...................................................................21\n\n-- 2 of 22 --\n\n1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA\nAunque hay abundancia del recurso hídrico en Colombia muchos pobladores aún no tienen\nacceso al agua potable. El cinturón de lluvias tropicales irriga la mayor parte de los Andes\ncolombianos dos veces al año influyendo en diferentes regiones como la del Chocó\nBiogeográfico, donde el Estudio Nacional del Agua (ENA, 2022) indica una disponibilidad\nhídrica de 8748 m³/s; paradójicamente, el mismo estudio revela que en Colombia la demanda\nhídrica multisectorial es de 32.331 millones de m3/año y que aún no se satisface la demanda\npara el consumo humano (doméstico) cuyo porcentaje es menor al 12,3%.\nEn Colombia, el Índice de Riesgo para la Calidad del Agua - IRCA, sitúa al departamento\ndel Cauca en un nivel de alto riesgo con algunos de sus acueductos en estado inviable\nsanitariamente (INCA, 2020); no obstante, los habitantes que no tienen acueducto se\nabastecen del líquido utilizando sistemas de tratamiento que suelen ser precarios e\nimprovisados, mientras otros usan el agua lluvia y fuentes superficiales sin tratamiento\nalguno, configurando un riesgo potencial para la salud ya que en muchos casos el agua de\nconsumo no posee las características físicas, químicas o microbiológicas que se demanda\npara que sea una bebida segura y saludable.\nAsí mismo, debe tenerse en cuenta que además de la falta de agua potable existen problemas\nen los sectores energético, salud, educación y transporte en la zona rural del pacífico\ncolombiano (Asprilla et al., 2022), esto quiere decir limitaciones en los servicios esenciales\npara la permanencia en educación y calidad de vida a nivel nacional, de la misma manera,\nde las 35.892 sedes educativas rurales reportadas en el Ministerio de Educación Nacional –\nMEN (2016), la infraestructura educativa tiene una edad promedio de 37 años, de las cuales\nel 38% no tiene red de gas, el 70% no cuenta con alcantarillado, el 40% no tiene acueducto,\nel 36% no cumple con la relación de baterías sanitarias por estudiante, el 27% se inunda y\nel 13% no tiene energía, mientras que el 66% del total de la población se encuentra en Zonas\nNo Interconectadas - ZNI.\n\n-- 3 of 22 --\n\nFinalmente, entidades gubernamentales como el INCA (2022) advierte del potencial riesgo\nsanitario en la mayor parte de las zonas rurales del país ya que requieren del abastecimiento\nde agua con cantidad, calidad y permanencia. Por ende, es preciso reiterar el nivel de\nurgencia e importancia del desarrollo y aplicación de alternativas tecnológicas para\npotabilizar el agua considerando las limitaciones del contexto rural en Colombia. En\nconsecuencia, surge lo siguiente:\n1.1 Pregunta de investigación\n¿Qué tiempos de contacto y concentraciones de ozono en agua se requieren para garantizar\nla desinfección realizada por un prototipo que utiliza energía solar fotovoltaica para generar\nde forma autónoma el ozono in situ?\n1.2 Hipótesis\nEl agua contaminada con agentes microbiológicos como el (Enterococcus spp.), puede ser\ntratada con un prototipo que aprovecha la energía solar fotovoltaica para la producción de\nozono in situ y la mezcla hidráulica, determinando tiempos de concentración sostenidos.\n1.3 Alcance\nEl alcance del proyecto de investigación es de tipo experimental - correlacional ya que busca\nestablecer los tiempos contacto y concentración que garantizan la desinfección del agua\ncontaminada con un agente microbiológico a partir de un prototipo de ozonización que\nfunciona con autonomía energética solar para caudales entre 0.1 𝑎 1 𝑚3 por día.\n2. JUSTIFICACIÓN\nLa desinfección de agua en sistemas de pequeños caudales, como unidades domésticas,\ncomunidades rurales o instalaciones descentralizadas, ha ganado creciente atención debido\na la necesidad de tecnologías eficientes, seguras y sostenibles para garantizar el acceso a\nagua potable de calidad. En este contexto, la ozonización ha emergido como una tecnología\navanzada de oxidación altamente efectiva, capaz de inactivar una amplia gama de patógenos,\nincluyendo bacterias, virus, protozoos y esporas, sin generar significativos subproductos de\ndesinfección halogenados asociados a efectos adversos en la salud humana (WHO, 2023).\n\n-- 4 of 22 --\n\nDado que en la zona rural colombiana el abastecimiento de agua potable es muy limitado y\nsumado a la imposibilidad de implementar rápidamente sistemas de tratamientos colectivos,\nes necesario pensar una solución individual para puntos de interés sanitario como centros\neducativos y de salud, en los cuales se busca disminuir la propagación de enfermedades y la\nmortalidad infantil, cuya incidencia principal se relaciona con la proliferación de bacterias,\nvirus, quistes y protozoos que se combaten principalmente con cloro, a pesar que numerosos\nestudios colocan el ozono con mejores resultados de desinfección ante estos patógenos\n(Bataller, 2022).\nLa mayor parte de los puntos de interés sanitario están ubicados en lugares de difícil acceso,\ndonde las redes eléctricas se encuentran pobremente establecidas y hay cortes frecuentes en\nel suministro eléctrico, además, existen riesgos ante la manipulación y el transporte de cloro\no ante su obtención electroquímica. En contraste; la desinfección del agua por medio de\nozono requiere de una infraestructura comparativamente de menor tamaño, de fácil\ninstalación e ideal para soluciones unitarias o aplicaciones que requieren alternativas de\ndesinfección específicas, como en pequeñas escuelas, centros de salud, o centros de reunión\ncomunitaria ubicados en lugares apartados que aún no tienen acceso al agua potable como\nen muchas veredas del país; en este sentido, Bataller (2022) recomienda la introducción de\nla ozonización del agua de consumo por sus excelentes resultados en comparación al cloro.\nPor ende, se propone evaluar una alternativa tecnológica de purificación del agua con ozono\ngenerado in situ utilizando energía fotovoltaica para su funcionamiento autónomo en el\npunto de uso, a bajo costo, de fácil transporte e instalación y que aporte al Grupo de\nInvestigaciones Ambientales - GIA y al Grupo de Investigación en Genética Humana\nAplicada – GIGHA en el tema relacionado a la desinfección del agua de consumo humano\narticulado a la producción del reactivo en el punto de uso utilizando energía solar\nfotovoltaica como una alternativa tecnológica en puntos de interés sanitario.\nLa presente propuesta pretende evaluar un prototipo cuyo funcionamiento consiste en\ndesinfectar un volumen de agua mediante la ozonización del mismo por mezcla hidráulica\nagua-ozono que es realizada utilizando un dispositivo Venturi activado por el bombeo de\n\n-- 5 of 22 --\n\nagua sostenido, alimentado a su vez, por un sistema fotovoltaico que supla la demanda\nenergética requerida en el proceso y de algunos elementos de electrónica consistente en\nsistemas embebidos utilizados para el censado y la generación de alertas. A continuación, se\nresumen los componentes principales del prototipo para realizar la mezcla hidráulica:\nElemento Especificaciones Capacidad Función\nOzonizador 100w\n110 V\n180 m3/h\n60 gr/h\nGenerar el ozono in situ a partir del oxígeno\npresente en el aire\nBomba de agua 1/2 HP\n3.5 A/110 V\nHmáx 40m\nQ 40L/min\nBombear el agua para activar el tubo de Venturi\nTubo de Venturi Diámetro 3/4’’ 30 L/min Realizar la mezcla hidráulica para la transferencia\ndel aire proveniente desde el generador de ozono\nTanque de mezcla Cierre hermético 120-200L Tanque plástico para realizar la mezcla hidráulica\nPanel solar\nX2\n180w 21,6 Voc\n11,62 Isc\nGenerar potencia fotovoltaica\nControlador 300w input 12V\n35A\nControlar la carga proveniente de los paneles y\nfluye hacia la batería o la carga de consumo\nInversor 1 kw output 12V Convierte la potencia eléctrica DC a AC\nBatería 240 Ah Ah Almacenar la carga eléctrica\nTabla 1. Componentes principales para el proceso de ozonización y energía fotovoltaica.\nImagen 1. Prototipo modelo, tanque azul de reserva de agua, dispositivo de Venturi y\nsistema fotovoltaico que alimenta energéticamente al reactor de ozono y el sistema de\nbombeo.\n\n-- 6 of 22 --\n\n3. OBJETIVOS\n3.1 Objetivo general\nEvaluar un prototipo para la desinfección de agua mediante ozonización in situ con\nautonomía energética solar, determinando los tiempos de contacto y de generación de\nconcentraciones de ozono disuelto necesarios para lograr la reducción efectiva de\nEnterococcus spp. en condiciones controladas.\n3.2 Objetivos específicos\n⮚ Determinar las curvas de concentración de ozono disuelto en agua en función del\ntiempo y bajo condiciones de operación con energía solar.\n⮚ Evaluar la eficiencia de reducción de Enterococcus spp. en función del tiempo de\ncontacto y la concentración del ozono disuelto en agua.\n⮚ Caracterizar y ajustar las variables físicas operativas del prototipo para identificar los\nparámetros óptimos de operación que maximicen la eficiencia de desinfección.\n4. MARCO TEÓRICO\n4.1 Ozonización para la desinfección del agua\nEl ozono se ha utilizado desde 1919 en la desinfección del agua potable, es un fuerte biocida\ncapaz de desactivar microorganismos patógenos resistentes al cloro y al dióxido de cloro,\nactualmente, se utilizan con más frecuencia las tecnologías basadas en el ozono para la\ndesinfección del agua y su buena calidad. Este es capaz de inactivar una amplia variedad de\npatógenos, por ejemplo: bacterias, esporas, protozoos, virus y proteínas priónicas.\nIgualmente, el O3 es altamente competente en comparación con el cloro en relación con la\ndesinfección, ya que comprende tiempos de reacción más pequeños sin rebrote microbiano.\nBajo este aspecto el O3 residual se descompone rápidamente en O2 sin ningún problema ya\nque los virus y las bacterias son más vulnerables a la oxidación con O3 en comparación con\n\n-- 7 of 22 --\n\nlos protozoos siendo necesaria una menor cantidad de ozono para eliminar virus y bacterias\ntales como (E. coli), virus (Adenovirus, Coxsackievirus y Echovirus) y protozoos (C.\nparvum, G. muris y G. lamblia) que pueden eliminarse mediante la tecnología de tratamiento\ncon O3, Gomes et al. (2019).\n4.2 El ozono y su producción\nEl ozono es un gas formado por tres átomos de oxígeno enlazados entre sí, (Rodriguez, 2008)\ndefine el ozono como un gas de color azulado que presenta un punto de ebullición de 161,3K\ny un punto de fusión de 80,7 K en condiciones normales de laboratorio; también se ha\nestablecido a partir de técnicas de espectroscopía que molecularmente existe una distancia\nO – O de 127,2 pm y un ángulo O–O–O de 116,78°, mientras que su configuración se\nrepresenta mediante la teoría de resonancia con dos estructuras principales de igual\nponderación más una cíclica como se muestra en la figura 1.\nImagen 2. Estructuras de resonancia para la molécula de ozono Rodríguez et al. (2008).\nPor otra parte, el ozono se produce de forma natural por dos fenómenos principales, el\nprimero: mayoritariamente se debe a la exposición del oxígeno atmosférico ante la radiación\nelectromagnética con longitudes de onda menores a los 240 nm, ya que esta luz ultravioleta\ndisocia las moléculas de O2 en oxígeno atómico O el cual se combina rápidamente con otras\nmoléculas de O2 generando O3 lo que se conoce como el mecanismo de Chapman IDEAM\n(2024); el segundo es producido a través de las descargas eléctricas con mecanismos\nsimilares de disociación de moléculas de O2 al ponerse en conducción eléctrica, en presencia\nde vapor de agua y nitrógeno, en donde también se generan de forma secundaria hidroxilo\nOH e hidroperoxilo HO2 a partir de la combinación con el agua así como monóxidos de\nnitrógeno NO, resultando una menor contribución cercana a la capa de ozono cercana al\n10%.\n\n-- 8 of 22 --\n\nDe otra forma, la producción de O3 en condiciones de laboratorio, existen varias formas para\ngenerar el ozono tales como la descarga de corona eléctrica, la exposición a rayos UV y la\nhidrólisis, entre otros. En general, bajo condiciones normales de presión y temperatura se\nestima que la energía necesaria puede estar alrededor de 286 kilojulios por mol para producir\nozono a partir de un gas con presencia de moléculas de oxígeno (Tripathi & Hussain, 2021).\n4.3 Solubilidad del ozono y equipos de contacto agua - ozono\nLa tasa y grado de oxidación o mineralización de los contaminantes presentes en el agua\ndepende directamente de la concentración de ozono disuelto, por ello, dicha concentración\nes un parámetro imprescindible en el diseño de dispositivos para el tratamiento o la\ndesinfección del agua.\nEl balance de masa del ozono para un elemento de volumen de fase acuosa durante un\ntratamiento de ozonización isotérmica (o en condiciones normales donde el proceso es\ncontrolado por un caudal de paso químico de ozono y su determinada solubilidad en agua,\ngarantizando la transferencia volumétrica), consiste en medir y observar la descomposición\ndel ozono debida a las reacciones entre el ozono, el agua y el compuesto disuelto en ella.\nPara mejorar la eficiencia del proceso de solubilidad del ozono en el agua existen varios\nmétodos consistentes en favorecer la mezcla hidráulica, entre ellos está la utilización de\ndepuradores Venturi, reactores de chorro, columnas de platos, mangueras o piedras\ndifusoras, entre otros. Aunque el fenómeno de la transferencia de ozono en el agua se ha\nvuelto más conocido, debe admitirse que en la mayoría de los casos la elección de un sistema\nde contacto en particular se basa mucho más en el hábito que en el resultado de un análisis\ndel proceso de quimio sorción.\nPor último, cabe señalar que las reacciones rápidas e instantáneas están limitadas por la\ntransferencia de masa de ozono desde la fase gaseosa en la capa límite líquida, por ende, la\nmayor parte de las reacciones de ozonización ocurren en la interfase o en la delgada capa\nlímite líquida lo que implica que la concentración de ozono disuelto es cero o cercana a cero.\nLas investigaciones experimentales de acuerdo con la literatura muestran por ejemplo que\nuna construcción eficaz es el reactor de burbujas de flujo descendente, seccionado por placas\n\n-- 9 of 22 --\n\nde tamiz de área libre relativamente grande S = 60% - 70%, donde la principal ventaja de\neste tipo de reactor se debe a los altos valores de las áreas interfaciales específicas entre el\ngas y el líquido, cuyo sistema está sometido a valores bajos y moderados de disipación de\nenergía Munter et al. (1993).\n4.4 Experiencias internacionales de desinfección del agua con ozono\nEn la revisión bibliográfica se han encontrado múltiples experiencias relacionadas con la\nimplementación de prototipos de potabilización del agua en África, Europa, Norteamérica y\nSudamérica aprovechando que la radiación proveniente del sol puede ayudar a desinfectar\nel agua, principalmente por su contenido de radiación ultravioleta, cuyo rango es de mayor\nenergía dentro del espectro electromagnético (Gomes et al.,2019).\nPor otra parte, algunos otros desarrollos han llevado al aprovechamiento del mismo rango\ndel espectro utilizándolo en la producción de energía fotovoltaica por medio de ensayos que\nutilizan dicha energía de forma indirecta para desinfectar el agua con un tratamiento de\nozonización, representando una alternativa para lugares apartados que carecen de red\neléctrica como para la desinfección del agua en dichos lugares en los que se han construido\nalgunos prototipos con buenos resultados (Osmero et al., 2021).\n4.5 Energía solar para la autonomía energética del prototipo de desinfección\nLa energía es fundamental para las actividades antrópicas, su demanda es mayor cada día,\npero la producción de esta se acorta debido a las limitaciones que los recursos naturales\nimponen con consecuencias en los ámbitos económico y social, como por ejemplo en el\ntratamiento del agua con la instalación de pequeñas plantas potabilizadoras utilizando\nenergía eléctrica procedente de una fuente fotovoltaica utilizando tecnologías con bajas\nemisiones de CO2 como es el caso de Polonia donde se encuentran sistemas de\npotabilización de agua con base en ozono impulsada con energía solar (Pawlat &\nStryczewska, 2011).\n4.6 Energía solar fotovoltaica y autonomía energética en Colombia\nColombia es un país con excelente potencial solar fotovoltaico principalmente en la región\nCaribe manteniendo buenos niveles de radiación a medida que se desciende en las latitudes\nhacia el Amazonas donde la potencia media de la misma desciende, aun así, es importante\n\n-- 10 of 22 --\n\nresaltar que se encuentra ubicada en la zona ecuatorial con una radiación promedio más\nestable durante todo el año.\nImagen 3. Mapa del sobre el potencial solar en Colombia IDEAM (2024).\nEn los diferentes modelos encontrados se observa una mayor tendencia a la utilización de la\nenergía solar fotovoltaica debido al efecto del sol, los vientos y las corrientes de agua que\ntambién son fuentes importantes de energía. Bajo este aspecto la riqueza hídrica refleja un\npanorama favorable en la mayor parte del territorio debido a su posición geográfica y sus\ncaracterísticas morfométricas resaltando principalmente la cordillera de los Andes que\naunado al cinturón de lluvias generan precipitaciones que dibujan múltiples cuencas, ríos y\nriachuelos cuyo potencial hídrico energético no es despreciable.\nEl paradigma hidráulico tiene que llevar a las regiones a cambiar su forma de gestión del\nlíquido pues los sistemas abastecedores centralizados han dejado a miles de millones de\npersonas en todo el mundo sin acceso al agua potable. El agua y la energía son fundamentales\npara el desarrollo del país y son potencialmente aprovechables por medio de diferentes\nalternativas que pueden implementarse en la transformación de la energía requerida para la\npurificación del agua mediante proyectos híbridos como solar - eólico, hidráulico - solar,\nhidráulico - eólico ofreciendo mayores garantías aún.\n\n-- 11 of 22 --\n\n4.7 Normas de la ozonización\nDebido a la volatilidad, toxicidad y el más alto poder de oxidación del O3, a nivel mundial\nexisten diferentes normativas proferidas por la Organización Mundial de la Salud, o el\nParlamento Europeo que se adoptan por primera vez en 1998 por el Gobierno de España, a\nfin de regular el uso de sustancias tóxicas mediante normas y reglamentos para que el uso\nde estas sustancias resultara lo menos nocivo posible tanto para la salud, como para el medio\nambiente. En estas se mencionan pruebas de eficacia del ozono, valoración y evaluación del\ngas, así como la presentación de informes y documentos acerca de aplicaciones del ozono\nen distintos ámbitos. En Colombia es la resolución 330 de 2017 por la cual se adopta la RAS\nen su título k (2019) y que reglamenta el uso del ozono, sin embargo, aunque no establece\nconcentraciones específicas de ozono se indica que concentraciones entre 0.5 a 0.8 mg/l\ndurante 3 a 4 minutos son suficientes para desinfectar agua.\n5. METODOLOGÍA, SELECCIÓN Y TRATAMIENTO DE LA\nMUESTRA\n5.1 Enfoque y tipo de investigación\nEsta investigación es de tipo experimental, cuantitativa y aplicada, con un diseño\ncorrelacional-causal que permite establecer relaciones causa-efecto entre las variables\noperativas del prototipo (tiempo de exposición, concentración de ozono, caudal, radiación\nsolar) y la reducción de la carga microbiológica (Enterococcus spp.).\nEl enfoque experimental permite manipular condiciones controladas para evaluar el\ndesempeño del prototipo en la desinfección de agua, con el fin de proponer parámetros\nóptimos de operación.\n5.2 Diseño experimental\nSe utilizará un diseño completamente aleatorizado (DCA) con mediciones repetidas, en el\nque se evaluarán diferentes tiempos de exposición al ozono como tratamiento principal.\nCada tratamiento se replicará seis veces para garantizar robustez estadística.\n\n-- 12 of 22 --\n\nDiagrama 1. Descripción de las variables de estudio de la propuesta.\n5.3 Población y muestra\nLa unidad de análisis son muestras de agua sintéticamente contaminadas con una cepa\nestandarizada de Enterococcus faecalis utilizada como indicador microbiológico de\ncontaminación fecal.\nSe prepararán 30 muestras distribuidas en 5 tratamientos (tiempos de exposición: 3, 6, 9, 12\ny 15 minutos), con 6 réplicas por tratamiento. Todas las muestras se procesarán en\ncondiciones de laboratorio controladas (temperatura, pH, luz, etc.) para asegurar la\nreproducibilidad.\n5.4 Instrumentación\nEl sistema experimental estará compuesto por los siguientes instrumentos de medición:\n➢ Ozono disuelto: Kit de Reactivo para ozono (rango 0–2 mg/L, precisión ±0.02 mg/L\n+/-3%)\nVariables del\nestudio\nVariables\nindependientes\nTiempo de exposición al ozono: 3,\n, 9, 12, 15 min\t6\nConcentración de ozono disuelto (mg/L)\nIntensidad de radiación solar (W/m²)\nCaudal de agua (L/min)\nVariable\ndependiente\nReducción logarítmica de\nEnterococcus spp. (log₁₀ UFC/mL)\nVariables controladas\nTemperatura del agua ( °C)\npH del agua\nConcentración inicial de microorganismos\n(≈10⁶ UFC/mL)\nVolumen de agua tratada (200 L por ensayo)\nTipo de matriz (agua destilada inoculada).\n\n-- 13 of 22 --\n\n➢ Radiación solar: Estaciones meteorológicas cercanas (rango 0–2000 W/m²)\n➢ Caudal de agua: Ozonización por tandas de 120 L (medida indirecta por tiempo de\ntanda)\n➢ Voltaje y corriente: Multímetro digital de alta precisión\n➢ Temperatura y pH: Sensor multiparamétrico (calibrado diariamente)\n➢ Microbiología: Material estéril para siembra (metodología sujeta a protocolos\nGIGHA)\n5.5 Procedimiento de experimentación\nEl experimento se desarrollará de acuerdo con las siguientes fases según los objetivos\nplanteados:\nDiagrama 2. Fases del procedimiento de experimentación y verificación del\nfuncionamiento del prototipo\nFase 3\nMonitoreo energético y operativo\nDurante cada ensayo,\nse registra: Radiación solar Voltaje y corriente del\nsistema fotovoltaico\nTemperatura del\nagua\nSe evalúa la autonomía\nenergética: si el sistema\nopera sin necesidad de\nred eléctrica externa.\nFase 2\nEnsayos de desinfección\nPara cada tiempo de exposición (3, 6,\n9, 12, 15 min), se inicia el flujo de agua\ny ozono.\nAl final de cada tiempo, se extraen 100\nmL del tanque de mezcla.\nLas muestras se procesan\ninmediatamente para análisis\nmicrobiológico.\nFase 1\nAcondicionamiento y puesta a punto del prototipo para el experimento de desinfección\nSe verificará el encendido y correcto\nfuncionamiento del sistema fotovoltaico,\ngenerador de ozono, bomba y tubo\nVenturi.\nSe realizarán pruebas piloto para\najustar el caudal (ej. 1.5 L/min) y\noptimizar la transferencia de\nozono.\nSe medirá la cinética de generación de\nozono disuelto cada 2 minutos durante\n30 min para establecer la curva de\nsaturación y determinar el tiempo\nóptimo de generación.\n\n-- 14 of 22 --\n\n5.6 Análisis de datos\nLos datos se procesarán y analizarán con las siguientes herramientas:\nTabla 2. Resumen de las herramientas de análisis de los datos de la propuesta.\n5.7 Consideraciones éticas y de seguridad\nDado que se trabaja con un agente microbiológico patógeno, se seguirán protocolos de\nbioseguridad de nivel 2 (BSL-2), incluyendo uso de EPP (guantes, bata, mascarilla), trabajo\nen cabina de flujo laminar y desinfección de residuos mediante autoclave. Además, por el\nmanejo de ozono gaseoso —altamente oxidante y tóxico en altas concentraciones—, el\nprototipo operará en un área ventilada y con sensores de detección de fugas, cumpliendo con\nlas recomendaciones de la OMS y la normativa nacional (Resolución 330 de 2017 – RAS\nTítulo K).\n6. RESULTADOS ESPERADOS\n6.1 Descripción del lugar de aplicación\nLa validación técnica del prototipo se llevará a cabo en el laboratorio de hidráulica de la\nfacultad de Ingeniería Civil de la Universidad del Cauca, bajo condiciones controladas que\nMedias, desviaciones estándar, errores estándar para cada variable.\nEstadística descriptiva:\nGráficos de reducción logarítmica vs. tiempo y vs. concentración de ozono.\nCurvas de cinética de desinfección:\nModelos de Chick-Watson o primer orden para ajustar la cinética de inactivación microbiana.\nRegresión no lineal:\nPara comparar diferencias significativas en la reducción microbiana entre tiempos de exposición (nivel de\nsignificancia: p < 0.05).\nANOVA de un factor:\nPara analizar la relación entre concentración de ozono, tiempo y reducción microbiana.\nCorrelación de Pearson/Spearman:\nR Studio (recomendado), OriginLab o Excel (para gráficos y análisis básicos).\nSoftware:\n\n-- 15 of 22 --\n\npermitan caracterizar con precisión la eficiencia del sistema en términos de generación de\nozono in situ, transferencia hidráulica mediante dispositivo Venturi y reducción\nmicrobiológica. Este entorno proporciona las condiciones ideales para el monitoreo riguroso\nde variables operativas como concentración de ozono disuelto, tiempos de contacto, caudal\ny carga microbiana, garantizando la validez científica y técnica de los resultados obtenidos.\nUna vez validado su desempeño, el prototipo tiene potencial para ser adaptado y escalado a\ncontextos rurales y de difícil acceso, como unidades productivas agrícolas, centros\neducativos o de salud en zonas no interconectadas (ZNI), donde el acceso a agua potable y\nenergía estable es limitado, así como en territorios PDET con altos índices de pobreza y\nvulnerabilidad.\n6.2 Resumen de resultados esperados\nDentro de los resultados de la investigación se tienen los supuestos que se describen en la\nsiguiente tabla.\n\n-- 16 of 22 --\n\nTabla 3. Resultados esperados de acuerdo con cada actividad, meta y beneficiario por\nindicador.\nResultado Beneficiario Meta Indicador\nEstado del arte\nInvestigador\nComunidad académica\nUn estudio de\nanálisis\nMatriz de resultados de la búsqueda sistemática\nde referencias\nResumen de la clasificación de resultados con la\nmayor relevancia\nSocialización del estudio\nde investigación en\ncongresos o seminarios\nInvestigador\nUniversidad del Cauca\nComunidad académica\nUna ponencia\nEvaluar el prototipo funcional en estado de\ndesarrollo TRL6 para la realización de pruebas de\ndifusión de O2 y O3 en H2O, usando ozono\nproducido in situ con energía solar\nObtener curvas de O2 y O3 en H2O versus la\nacción de infección y desinfección (Acoplar\nmetodología GHIGA)\nTesis de Maestría en\nIngeniería Hidráulica e\nHidrológica\nPublicación de tesis de\nmaestría\nInvestigador\nComunidad académica\nUniversidad del Cauca\nPuntos de uso de agua potable que\nrequieran una alternativa de\ndesinfección de agua como la\npresente\nUn artículo\nsometido a\nrevista científica\nUna tesis de\nmaestría\naprobada\nObtener curvas de las comparativas\n(microbiológicos vs ozonización solar)\nElaborar el informe final.\n\n-- 17 of 22 --\n\n7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES\nActividad Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6\nRevisión bibliográfica y ajuste del marco teórico\nRevisión y acondicionamiento del prototipo\nPruebas piloto y ajuste de variables operativas (caudal, voltaje,\ntransferencia de ozono)\nEjecución de ensayos de ozonización (medición de [O₃] y tiempos)\nPreparación de muestras con microorganismos\nAnálisis microbiológico de muestras (UFC/mL)\nMonitoreo del sistema fotovoltaico y autonomía energética\nProcesamiento y análisis estadístico de datos\nRedacción del informe final y conclusiones\nPresentación del proyecto (si aplica)\nTabla 4. Resultados esperados de acuerdo con cada actividad, meta y beneficiario por\nindicador.\n\n-- 18 of 22 --\n\n8. PRESUPUESTOS\nPERSONAL\nInvestigador Formación\nacadémica\nFunción dentro del\nproyecto\nTotal, por seis\nmeses\nAsesor PhD. Director interno\n(8hr/mes)\n$3.360.000\nAsesora Dra. Director interno\n(8hr/mes)\n$3.360.000\nInvestigador\nGEA Aspirante a Magister Investigador\n(80hr/mes) $7.200.000\nMATERIALES\nÍtem Justificación Valor total\nComputador Análisis y procesamiento de datos $3.500.000\nOzonizador Sistema de producción de ozono $450.00\nEnergizador Sistema fotovoltaico $500.00\nDifusor Sistema de bombeo y difusión del ozono $600.00\nMedición Sistema de medición de ozono $650.00\nEvaluación Métodos de incubación, inoculación y desinfección $1.500.000\nSUBTOTAL PRESUPUESTO $10.560.000\nIMPREVISTOS 10% $1.056.000\nTOTAL, PRESUPUESTO $11.616.000\nTabla 5 y 6. Presupuesto para el desarrollo del proyecto, Personal y Materiales y fuentes\nde financiación.\n\n-- 19 of 22 --\n\nFUENTES DE FINANCIACIÓN\nCONCEPTO PROPIOS UNICAUCA\nServicios Profesionales y Asesorías\nAsesoría del director $3.696.000\nAsesoría externa $7.920.000\nMateriales equipo y transporte $7.920.000\nTOTALES $15.840.000 $3.696.000\nTabla 7. Presupuesto para el desarrollo del proyecto, Fuentes de financiación.\n\n-- 20 of 22 --\n\n9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.\nAsprilla-Córdoba, K. L., & Montenegro-Martínez, G. (2022). Desigualdades sociales en\nsalud: análisis de la región pacífica colombiana. Salud UIS, *54*(1), e22048.\nhttps://doi.org/10.18273/saluduis.54.e:22048\nAmador, A., Bataller, M., Fernández, L. A., Méndez, I., Fernández, I., & Ramos, C. (2010).\nDesinfección de agua con ozono en círculos infantiles en La Lisa, Ciudad de La Habana.\nGestión del Proyecto y valoración crítica. Revista CENIC. Ciencias Biológicas, 41, 1-11.\nGomes, J., Matos, A., Gmurek, M., Quinta-Ferreira, R. M., & Martins, R. C. (2019). Ozone\nand photocatalytic processes for pathogens removal from water: A review. Catalysts, *9*(1),\n46. https://doi.org/10.3390/catal9010046\nInstituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales [IDEAM]. (2024). Formación\ny destrucción del ozono estratosférico. 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