GUÍA DE DISEÑO PARA CAPTACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA

Transcripción

1 GUÍA DE DISEÑO PARA CAPTACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA Lma, 2004

2 Tabla de contendo 1. Introduccón Ventajas y desventajas...3 Págna 3. Factbldad Factor técnco Factor económco Factor socal Componentes Tratamento Dseño Bases del dseño Crteros de dseño...8 Ejemplo Ejemplo Bblografía...15 Lsta de cuadros Cuadro 1 Datos báscos...12 Cuadro 2 Cálculo para un techo de 50 m Cuadro 3 Cálculo para un techo de 60 m Cuadro 4 Cálculo para un techo de 65 m Lsta de fguras Fgura 1 SCAPTA Sstema de captacón de agua pluval en techos...5 Fgura 2 Canaletas de recoleccón...6 Fgura 3 Interceptor de prmeras aguas...7 Fgura 4 Tanque de almacenamento...7

3 1. Introduccón Guía de dseño para captacón del agua de lluva La captacón de agua de lluva es un medo fácl de obtener agua para consumo humano y/o uso agrícola. En muchos lugares del mundo con alta o meda precptacón y en donde no se dspone de agua en cantdad y caldad necesara para consumo humano, se recurre al agua de lluva como fuente de abastecmento. Al efecto, el agua de lluva es nterceptada, colectada y almacenada en depóstos para su posteror uso. En la captacón del agua de lluva con fnes doméstcos se acostumbra a utlzar la superfce del techo como captacón, conocéndose a este modelo como SCAPT (sstema de captacón de agua pluval en techos). Este modelo tene un benefco adconal y es que además de su ubcacón mnmza la contamnacón del agua. Adconalmente, los excedentes de agua pueden ser empleados en pequeñas áreas verdes para la produccón de algunos almentos que puedan complementar su deta. La captacón del agua para uso agrícola necesta de mayores superfces de captacón por obvas razones, por lo que en estos casos se requere de extensas superfces mpermeables para recolectar la mayor cantdad posble de agua. 2. Ventajas y desventajas La captacón de agua de lluva para consumo humano presenta las sguentes ventajas: Alta caldad físco químca del agua de lluva, Sstema ndependente y por lo tanto deal para comundades dspersas y alejadas, Empleo de mano de obra y/o materales locales, No requere energía para la operacón del sstema, Fácl de mantener, y Comoddad y ahorro de tempo en la recoleccón. A su vez las desventajas de este método de abastecmento de agua son las sguentes: Alto costo ncal que puede mpedr su mplementacón por parte de las famlas de bajos recursos económcos, y La cantdad de agua captada depende de la precptacón del lugar y del área de captacón. 3. Factbldad En el dseño de un sstema de captacón de agua de lluva es necesaro consderar los factores técncos, económcos y socales

4 3.1 Factor técnco agua: Los factores técncos a tener presente son la produccón u oferta y la demanda de a) Produccón u oferta de agua; está relaconada drectamente con la precptacón pluval durante el año y con las varacones estaconales de la msma. Por ello es necesaro contar con datos sumnstrados por la autordad competente del país o de la regón donde se pretende ejecutar el proyecto. b) Demanda de agua; La demanda depende de las necesdades del nteresado y los usos que quere darle al agua. 3.2 Factor económco Exste una relacón drecta entre la nversón requerda para mplementar el sstema y el área de captacón y el volumen de almacenamento, resultando muchas veces una restrccón para la mayor parte de los nteresados. En la evaluacón económca es necesaro tener presente que en nngún caso la dotacón de agua debe ser menor a 20 ltros de agua por famla y por día, la msma que permte satsfacer sus necesdades báscas elementales. Los aspectos de hgene personal y lavado de ropa deben atenderse con otras fuentes de agua. Asmsmo, los costos del sstema propuesto deben ser comparados con los costos de otras alternatvas destnadas al mejoramento del abastecmento de agua, tenendo presente el mpacto que representa la cantdad de agua en la salud de las personas benefcadas por el servco de agua. 3.3 Factor socal En la evaluacón de las obras de ngenería a nvel comuntaro, sempre se debe tener presente los factores socales, representados por los hábtos y costumbres que puedan afectar la sostenbldad de la ntervencón. Al efecto, el responsable del estudo debe dscutr con la comundad las ventajas y desventajas de la manera tradconal de abastecmento de agua y de la tecnología propuesta, buscando que la propa comundad seleccone lo que más le convene emplear. Los análss deben consderar la convenenca de adoptar solucones ndvduales y colectvas, el tpo de materal empleado en la fabrcacón de sus techos, la exstenca de materales alternatvos en el lugar o sus alrededores y el grado de partcpacón de la comundad en la mplementacón del proyecto. 4. Componentes El sstema de captacón de agua de lluva en techos está compuesto de los sguentes elementos: a) captacón; b) recoleccón y conduccón; c) nterceptor; y d) almacenamento (véase fgura 1)

5 a) Captacón: La captacón está conformado por el techo de la edfcacón, el msmo que deberá contar con pendente y superfce adecuadas para que faclte el escurrmento del agua de lluva haca el sstema de recoleccón. En el cálculo se debe consderar la proyeccón horzontal del techo. Los materales empleados en la construccón de techos para la captacón de agua de lluva son la plancha metálca ondulada, tejas de arclla, paja, etc. La plancha metálca es lvana, fácl de nstalar y necesta pocos cudados, pero puede resultar costosa y dfícl de encontrar en algunos lugares donde se ntente proyectar este sstema. Las tejas de arclla tenen buena superfce y suelen ser más baratas, pero son pesadas, y para nstalarlas se necesta de una buena estructura, además que para su elaboracón se requere una buena fuente de arclla y combustbles para su coccón. El forraje (paja) por ser de orgen vegetal, tene la desventaja que lbera lgnna y tanno, lo que le da un color amarllento al agua, pero que no tene mayor mpacto en la salud sempre que la ntensdad sea baja. En todo caso puede ser destnada para otros fnes dferentes al de bebda. Recoleccón Captacón Almacenamento CAPTACIÓN EN TECHO Interceptor de prmeras aguas Fgura 1. SCAPT - Sstema de captacón de agua pluval en techos b) Recoleccón y Conduccón: Está conformado por las canaletas que van adosadas en los bordes más bajos del techo, en donde el agua tende a acumularse antes de caer al suelo (véase fgura 2)

6 El materal de las canaletas debe ser lvano, resstente al agua y fácl de unr entre sí, a fn de reducr las fugas de agua. Al efecto se puede emplear materales, como el bambú, madera, metal o PVC. Para el caso de las prmeras aguas es necesaro contar con un dspostvo de descarga, pues consttuyen una posble fuente de contamnacón. Fgura 2. Canaletas de recoleccón c) Interceptor: Conocdo tambén como dspostvo de descarga de las prmeras aguas provenentes del lavado del techo y que contene todos los materales que en él se encuentren en el momento del nco de la lluva. Este dspostvo mpde que el materal ndeseable ngrese al tanque de almacenamento y de este modo mnmzar la contamnacón del agua almacenada y de la que vaya a almacenarse posterormente (ver fgura 3). En el dseño del dspostvo se debe tener en cuenta el volumen de agua requerdo para lavar el techo y que se estma en 1 ltro por m 2 de techo. d) Almacenamento: Es la obra destnada a almacenar el volumen de agua de lluva necesara para el consumo daro, en especal durante el período de sequía (ver Fgura 4). La undad de almacenamento debe ser duradera y al efecto debe cumplr con las especfcacones sguentes: Impermeable para evtar la pérdda de agua por goteo o transpracón, De no más de 2 m de altura para mnmzar las sobre presones, Con tapa para mpedr el ngreso de polvo, nsectos y de la luz solar, Dsponer de una escotlla con tapa santara lo sufcentemente grande como para que permta el ngreso de una persona para la lmpeza y reparacones necesaras, La entrada y el rebose deben contar con mallas para evtar el ngreso de nsectos y anmales. Dotado de dspostvos para el retro de agua y el drenaje. Los tpos de tanques de almacenamento de agua de lluva que pueden ser empleados en el medo rural puderan ser construdos con los materales sguentes: Mampostería para volúmenes menores 100 a 500 L Ferrocemento para cualquer volumen. Concreto para cualquer volumen

7 INTERCEPTOR DE LAS PRIMERAS AGUAS OPS/CEPIS/ Vene del Sstema de Canaletas Tee de 3" Tubería de 3" Reduccón de 3" a 2" Nple de 2" Reduccón de 4" a 2" Bola de jebe Tubería de 4" Reduccón de 4" a 2" Codo de 2" Al Tanque de Almacenamento 1 Cuando el tubo de 4" está lleno, la bola de jebe tapa la entrada hacendo que el agua cambe de dreccón y se drja al Tanque de Almacenamento. 2 Cuando el tubo de 4" se está llenando, la bola de jebe comenza a ascender. 3 Cuando el tubo de 4" está vacío, lsto para la próxma precptacón. Tanque de plástco Salda de agua Fgura 3. Interceptor de Prmeras Aguas Fgura 4. Tanque de Almacenamento - 7 -

8 5. Tratamento Es necesara que el agua retrada y destnada al consumo drecto de las personas sea tratada antes de su ngesta. El tratamento debe estar drgdo a la remocón de las partículas que no fueron retendas por el dspostvo de ntercepcón de las prmeras aguas, y en segundo lugar al acondconamento bacterológco. El tratamento puede efectuarse por medo de fltros de mesa de arena seguda de la desnfeccón con cloro. 6. Dseño 6.1 Bases del dseño Antes de emprender el dseño de un sstema de captacón de agua pluval, es necesaro tener en cuenta los aspectos sguentes: Precptacón en la zona. Se debe conocer los datos pluvométrcos de por lo menos los últmos 10 años, e dealmente de los últmos 15 años, Tpo de materal del que está o va a estar construda la superfce de captacón, Número de personas benefcadas, y Demanda de agua. 6.2 Crteros de dseño Este método conocdo como: Cálculo del Volumen del Tanque de Almacenamento toma como base de datos la precptacón de los 10 ó 15 últmos años. Medante este cálculo se determna la cantdad de agua que es capaz de recolectarse por metro cuadrado de superfce de techo y a partr de ella se determna a) el área de techo necesara y la capacdad del tanque de almacenamento, o b) el volumen de agua y la capacdad del tanque de almacenamento para una determnada área de techo. Los datos complementaros para el dseño son: Número de usuaros, Coefcente de escorrentía; - calamna metálca tejas de arclla madera paja Demanda de agua. Los pasos a segur para el dseño del sstema de captacón de agua de lluva son: Determnacón de la precptacón promedo mensual; a partr de los datos promedo mensuales de precptacón de los últmos 10 ó 15 años se obtene el valor promedo mensual del total de años evaluados. Este valor puede ser expresado en mm/mes, ltros/m 2 /mes, capaz de ser recolectado en la superfce horzontal del techo

9 n p Pp n = = 1 p Pp = n : número de años evaluados : valor de precptacón mensual del mes, (mm) : precptacón promedo mensual del mes de todos los años evaluados. (mm/mes) Determnacón de la demanda; a partr de la dotacón asumda por persona se calcula la cantdad de agua necesara para atender las necesdades de la famla o famlas a ser benefcadas en cada uno de los meses. Nu Nd Dot D = 1000 Nu : número de usuaros que se benefcan del sstema. Nd : número de días del mes analzado Dot : dotacón (L/personaxdía) D : demanda mensual (m 3 ) Determnacón del volumen del tanque de abastecmento; tenendo en cuenta los promedos mensuales de precptacones de todos los años evaluados, el materal del techo y el coefcente de escorrentía, se procede a determnar la cantdad de agua captada para dferentes áreas de techo y por mes. A Pp = Ce Ac 1000 Pp : precptacón promedo mensual (ltros/m 2 ) Ce : coefcente de escorrentía Ac : área de captacón (m 2 ) A : Oferta de agua en el mes (m 3 ) Tenendo como base los valores obtendos en la determnacón de la demanda mensual de agua y oferta mensual de agua de lluva, se procede a calcular el acumulado de cada uno de ellos mes a mes encabezado por el mes de mayor precptacón u oferta de agua. A contnuacón se procede a calcular la dferenca de los valores acumulados de oferta y demanda de cada uno de los meses. Las áreas de techo que conduzcan a dferencas acumulatvas negatvas en alguno de los meses del año se descartan por que no son capaces de captar la cantdad de agua demandada por los nteresados

10 El área mínma de techo corresponde al análss que proporcona una dferenca acumulatva próxma a cero (0) y el volumen de almacenamento corresponde a la mayor dferenca acumulatva. Áreas de techo mayor al mínmo darán mayor segurdad para el abastecmento de los nteresados. El acumulado de la oferta y la demanda en el mes podrá determnarse por: Aa Aa = ( 1) Pp Ce Ac Da = Da ( 1) + (Nu Nd Dd ) /1000 Aa Da : oferta acumulado al mes. : demanda acumulada al mes. V ( m ) = A ( m ) D ( m ) V A D : volumen del tanque de almacenamento necesaro para el mes. : volumen de agua que se captó en el mes ï. : volumen de agua demandada por los usuaros para el mes ï. Ejemplo 1. Determnacón del área mínma de techo requerda y del volumen del tanque de almacenamento Determnar el área de techo y el volumen del tanque del almacenamento más económco según las precptacones y demanda mensual de agua ndcada en el cuadro 1, tenendo en cuenta los sguentes crteros de dseño Materal de techo : teja de arclla Coefcente de escorrentía : 0.8 Personas a ser benefcadas : 6 Costo de reservoro por m 3 : US$ 50 Costo de techo por m 2 : US$ 10 Para el análss matemátco, se asumrán áreas de techo de 50, 60 y 65 m 2 respectvamente. En los cuadros adjuntos, se pueden aprecar los cálculos efectuados y que se sntetzan como sgue:

11 Área de techo (m 2 ) Dferencas acumulatvas (m 3 ) Máxmo valor (volumen de almacenamento m 3 ) Mínmo valor (volumen de reserva m 3 ) Del análss del cuadro anteror en donde se sntetzan los resultados, se nota que no debe consderarse en la evaluacón fnal el área de techo de 50 metros cuadrados por haberse obtendo valores negatvos durante tres meses, lo que se traduce en que no habría agua para abastecer a los nteresados durante los últmos tres meses del año. De este modo, el área dónea que puede atender la demanda debe ser gual o mayor a 60 m 2. El volumen de almacenamento neto para un área de techo de 60 m 2 debe ser de m 3 ( ) y de ( ) para un techo de 65 m 2. S se consdera una reserva mínma de 1.47 m 3, los costos que representa cada una de las mplementacones para las dos áreas de techo remanentes, es decr para 60 y 65 m 2 son: Área de Volumen del Costo (US$) Techo (m 2 ) Tanque (m 3 ) Techo Tanque Total El costo de mplementacón del sstema más económco conformado por un techo de un área de 60 m 2 y un reservoro de m 3 con una capacdad extra de almacenamento de 1.47 m 3 es de US$ Aumentaría a US$ s el techo tuvera un área de 65 m 2 y el reservoro de m

12 Cuadro 1. Datos báscos Método del CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO Demanda dara por persona (lppd) Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Precptacón mensual (mm) Año Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Prom Demanda total mensual para la famla de ses personas (ltros) Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre

13 Cuadro 2. Cálculo para un techo de 50 m 2 MES Precptacón Abastecmento (m 3 ) Demanda (m 3 ) (mm) parcal acumulado Parcal acumulado Dferenca (m 3 ) Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Cuadro 3. Cálculo para un techo de 60 m 2 MES Precptacón Abastecmento (m 3 ) Demanda (m 3 ) (mm) parcal acumulado parcal acumulado Dferenca (m 3 ) Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Cuadro 4. Cálculo para un techo de 65 m 2 MES Precptacón Abastecmento (m 3 ) Demanda (m 3 ) (mm) parcal acumulado Parcal acumulado Dferenca (m 3 ) Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno

14 Ejemplo 2 Determnacón de la dotacón de agua y del volumen del tanque de almacenamento para un área de de techo defnda. Determnar la dotacón de agua per cápta promedo y el volumen del tanque de almacenamento más económco para una vvenda con un área de techo de 50 m 2 y en la que habta una famla de cnco personas. El techo está fabrcado con tejas de arclla cocda. Consderar para el presente caso, los datos de precptacón del cuadro anteror. Materal de techo : tejas de arclla Area de techo exstente : 50 m 2 Coefcente de escorrentía : 0.8 La determnacón de la oferta de agua para el techo de 50 m 2 se realza de forma smlar al ejemplo anteror. MES Precptacón Abastecmento (m 3 ) (mm) Parcal Acumulado Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Del cuadro se puede observar que la oferta de agua que brnda el techo de 50 m 2 a lo largo del año es de 21.7 m 3. Consderando una reserva de 1 m 3 de agua, se tene que la dotacón dara de agua para cada una de las cnco personas que habtan en la vvenda es: lt 21.7m 1.0m m 3 = ltros 365días 5hab. hab día A partr de la dotacón dara establecda en ltros/hab-día se calcula la demanda de agua y se determna la oferta de agua de lluva. A partr de estos datos se halla el volumen del tanque de almacenamento y que es de m 3, con una reserva de 1.0 m³

15 MES Precptacón Abastecmento (m 3 ) Demanda (m 3 ) Dferenca (mm) parcal Acumulado Parcal acumulado (m 3 ) Julo Agosto Setembre Octubre Novembre Dcembre Enero Febrero Marzo Abrl Mayo Juno Bblografía Household Water Storage; Techncal Bref No. 1 - Waterlnes; Above - Ground Ranwater Storage; Techncal Bref No Waterlnes; 1987 Informacón y Capactacón en Abastecmento de Agua y Saneamento de Bajo Costo, Módulo 4.1: Captacón de Aguas de Lluva; Banco Mundal - CEPIS; Ranwater Catchment Systems Provdes Alternatve Water Supply; Internatonal Ranwater Catchment Systems Assocaton; Sstema para Recoleccón de Aguas de Lluva; Bagasao, Teresta; Recent Developments n Ranwater Catchment Systems; Waterlnes; 1992 Rooftopranwater Havertng; IRC;