Almacenamiento de agua de lluvia

Serie
Documentos de Trabajo
Documento de Trabajo N°5
COSECHA Y ALMACENAMIENTO DE AGUAS
LLUVIA
VICENTE GALLARDO MONTECINOS
INGENIERO CIVIL BIOQUÍMICO
ENERO 2002
Cooperativa de Trabajo para el desarrollo sustentable TerritorioSur
Edificio Ex-cárcel, Castr s/n, Cerro Cárcel, Valparaíso, Chile, Fono fax (56-32) 21 91 79, [email protected]
COSECHA Y ALMACENAMIENTO DE AGUAS LLUVIA
Vicente Gallardo Montecinos
I
INTRODUCCION
La cosecha de aguas lluvia y su almacenamiento se utiliza desde hace mucho
tiempo atrás. Un ejemplo de esto son las terrazas de arroz en las filipinas, en
uso por miles de años, que aún hoy día resultan ser una eficiente técnica.
Arqueólogos encontraron un sofisticado sistema de colección y almacenaje de
aguas lluvia en la isla de Creta, mientras trabajaban en la reconstrucción del
Palacio de Knossos (1.700 A.C.)
Los romanos llegaron a ser maestros en cosecha de aguas lluvia y la
construcción de recipientes (cisternas), especialmente en lugares donde el
agua era limitada. Estos sistemas tenían doble propósito: la evaporación del
agua en las lagunas mejoraba el microclima acondicionando el aire y por otra
fue usada para propósitos domésticos. Posteriormente debido al aumento de la
población aumentó el consumo de agua lo que impulsó a desarrollar cisternas
cubiertas.
Probablemente la mas grande cisterna en el mundo se encuentra en Estambul,
construida bajo Cesar Justiniano (527 - 565 DC), que medía 140 x 70 m,
pudiendo almacenar 80.000 m3 de agua. Otra cisterna en Estambul, llamada
Binbirdik, con una capacidad de 50.000 m3 y construida bajo Cesar
Constantino (329 - 337 DC).
En estos sistemas el agua es colectada de techos y calles empedradas y un
sofisticado sistema de filtros aseguraba agua limpia. Sin embargo las cisternas
municipales bajo tierra en Estambul son probablemente los únicos ejemplos de
cosecha de aguas lluvia urbana centralizada de su tipo. Hay dos importante
razones que no han permitido su uso mas extenso. Primeramente, la
construcción de cisternas bajo tierra es considerablemente mas costosa que la
construcción de represas o diques. Segundo hay un peligro de polución
accidental por medio de excreta humana en áreas urbanas densas y por tanto
riesgo de epidemias.
La técnica desapareció con el incremento de la urbanización. Se puede asumir
que la técnica siempre ha estado disponible, pero la necesidad de abastecer
gran cantidad de agua para industria, alto standard de higiene del agua solo se
alcanzó a través de tratamiento y abastecimiento centralizado.
Pero este sistema ofrece también desventajas, la centralización del
abastecimiento involucra el riesgo de corte total en casos desastres naturales
(p.e. terremotos), actos de guerra y contaminación le dan vulnerabilidad al
sistema centralizado. El consumo de agua nos está basado solo en la
necesidad, sino también está influenciado por el acceso.
2
La cosecha de aguas lluvia está ganando importancia nuevamente en áreas
rurales y especialmente en países en vías de desarrollo, donde es necesario
garantizar acceso de abastecimiento de agua a través de todas las fuentes
posibles. Ideal es combinar el uso de las aguas lluvia con el almacenamiento
del agua y el reuso de las aguas de desecho.
II
CALCULO DE VOLUMEN DE COSECHA DE AGUA Y ELECCION DE
DEPOSITOS PARA SU ALMACENAMIENTO
Para calcular la cantidad de aguas lluvia que puede ser cosechada, la media
anual de agua caída es comúnmente usada 1.
El conocer este valor no es garantía que la cantidad calculada será alcanzada,
pero hay un 95 % de posibilidades que esta cantidad pueda ser alcanzada.
Esta certeza disminuye si el modelo de agua caída en un área difiere
sustancialmente, muy común en países con períodos de sequía. Puede ocurrir
también que llueva más de lo esperado. Esto hace que el cálculo de la
capacidad de almacenamiento sea difícil. Si embargo la media es aceptada. El
tamaño de la capacidad de almacenamiento elegida puede estar basada en la
media anual, pero debería ser mas grande si los fondos lo permiten.
1.
DETERMINACION CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO
EJEMPLO 1
Considera un techo de 120 m² en un área con una media anual de agua caída
de 450 mm, Se asume que menos el 100 % de la cantidad calculada será
cosechada, utilizar factor de 90 %.
Para su cálculo se realiza con la siguiente expresión:
Media Anual de agua caída en mm x área en m² x factor = Agua Lluvia cosechada en lts
En el ejemplo anterior significa :
450 mm x 120 m² x 0.9 = 48.600 lts
En muchos casos no es realista considerar construir una cisterna de 48.6 m3
de capacidad para una casa con solo 120 m² e techo. Sin embargo esta
situación difiere de lugar a lugar, y no se puede decidir a priori cual será la
capacidad de l recipiente que sea realista y económicamente eficiente.
1
La media anual es eel promedio estadístico sobre la base de agua caída en muchos años.
3
2. TIPOS DE TECHO PARA LA COSECHA
La forma el área de captación tiene una considerable influencia en la
posibilidad de cosecha. Por tanto diferentes tipos de techo entrega distintos
tipos de posibilidades de cosecha.
Los techos mas comunes se muestran en la figura 1, el techo de una sola
caída (agua) es el mas apropiado para cosecha de agua lluvia, ya que el techo
entero puede ser desaguado en un solo canal en le punto mas bajo y uno o dos
tubería en pendiente pueden ser ubicado dependiendo del área. El techo mas
complicado para la cosecha resulta ser el piramidal. Requiere una canaleta en
cada lado y al menos dos cañerías descendentes en esquinas opuestas. Si se
dispone de un techo de esta forma y de gran tamaño, el agua debería ser
recibida en 4 depósitos localizados en cada esquina de la casa. El principal
problema es siempre la esquina. Un ángulo de 90º en la canaleta debería ser
evitado, resulta extremadamente difícil ajustar canaletas de esa manera para
que el agua fluya fácilmente hacia abajo. Los techos mas útiles son los de una
y doble caída.
Figura 1 : Diversos tipos de Techo
3.
COMO ELEGIR EL TAMAÑO DEL DEPOSITO
EJEMPLO 2: Ver Figura 2
Una casa con un área de techo de 9.0 x 6.5 m está para ser surtida con medios
para cosechar y almacenar agua de lluvia. La media anual de agua caída es de
450 mm.
4
Cálculo de agua lluvia

9.0 x 6.5 x 450 x 0.9 = 23.895 lts
La altura desde el suelo a la canaleta de salida es de 3.0 m. De acuerdo a la
tabla 1, un depósito de 4.0 m de diámetro con una altura de llenado de 1.8 m
puede tener una capacidad de almacenamiento de 23.000 lts.
Figura 2 : Ejercicio 2
EJEMPLO 3 : Ver Figura 3
Cálculo de área de cosecha
 Techo A: 20.0 x 10.0 x 450 x 0.9 =
 Techo B: 9.0 x 15.0 x 450 x 0.9 =
 Total cosecha por año
81.000 lts
54.675 lts
= 135.675 lts
Alrededor de 136 m3 de agua lluvia puede ser capturada en un año de 450 mm
de lluvia. El tamaño del recipiente escogido depende del mas bajo afluente. Y
también del espacio disponible.
5
Figura 3 : Ejemplo 3
El Block B tiene una altura de canal de 3.0 m, el Block A tiene una altura de
3.3 m. El mas bajo afluente debería venir desde B. Ya que las canaletas y
tuberías deberían ir en pendiente haca el afluente, la altura ha de ser
calculada. Para las canaletas una pendiente de 0.3 % es la mínima requerida
(equivalente a 3 mm por metro). El Block A tiene una canal de largo de 20 m (
20 x 0.3 = 60 mm), una cañería descendente con un mínimo de pendiente de
1.0 % (10 mm por metro) a la mitad de la pared mas pequeña (5.0 m) lo que
significa otros 50 mm de pendiente.
Se suman los 600 mm de pendiente de las canaletas a los 50 mm de pendiente
de las cañerías descendentes resultando 110 mm y se le suma 15 mm para la
distancia desde la pared al depósito del afluente, resultando en 125 mm. Estos
200 mm tienen que ser deducidos de la altura de 3.0 m entre la canaleta y la
tierra. Esta medida final de 2.8 m indica que le mas bajo nivel de afluente y al
mismo tiempo la altura de llenado del estanque, asumiendo que el fondo del
depósito está a nivel del suelo. La capacidad de cosecha es de alrededor de
135.000 lts a lo mas, con una altura de llenado de 2.8 m. La Tabla 1 muestra
una altura de llenado de 2.65 m. Con esa altura de llenado, puede ser
construido un depósito de 133.000 lts, con un diámetro interno de 8.0 m.
Esta cisterna puede ser construida como un estanque de ladrillo reforzado.
Será mas económico construir un recipiente de esta capacidad que dos
recipientes de alrededor de 66.000 lts, con una altura de llenado de 2.0 m y un
diámetro interno de 6.5 m. Este ejemplo muestra que el sitio correcto del
edificio es esencial para un recipiente de agua de lluvia económico.
6
Tomando el caso teórico que el agua caída total ocurre en solo 5 días, debería
significar que dividiendo 135.000 lts por 360 días por año, este recipiente
debería suministrar 375 lts por día a través de todo el año. Ciertamente esta es
teoría y en realidad el agua cae en un período de algunos meses. Esto también
significa que algo del agua cosechada ya habrá sido usada cuando ocurra la
próxima lluvia y el recipiente nunca estará lleno hasta su capacidad máxima,
aún si el agua caída alcanza la media anual.
Tabla 1: Capacidad de diferentes tamaños de estanque, en m3
Diámetro Altura de Llenado (m)
Interno
(m)
1.80
2.10
2.65
2.90
3.20
3.45
3.5
3.8
4.0
4.3
4.5
4.8
5.0
5.3
5.5
5.8
6.0
6.3
6.5
6.8
7.0
7.3
7.5
7.8
8.0
25.50
30.00
33.50
38.50
42.00
48.00
52.00
58.50
63.00
70.00
75.00
82.50
88.00
96.00
102.00
111.00
117.00
126.50
133.00
28.00
33.00
36.42
42.00
46.00
52.500
57.00
64.00
69.00
76.50
82.00
90.50
96.00
105.00
111.50
121.50
128.00
138.50
146.00
31.00
36.50
40.00
46.50
51.00
58.00
63.00
70.50
76.00
84.50
90.50
100.00
106.00
116.00
123.00
134.00
141.50
153.00
161.00
33.00
39.00
43.50
50.00
55.00
62.50
67.50
76.00
82.00
91.00
97.50
107.50
114.50
125.00
133.00
144.50
152.50
165.00
143.50
2.88
3.12
3.44
3.60
17.50
20.50
22.50
26.00
28.50
32.50
35.50
22.00
43.00
47.50
51.00
56.00
59.50
65.50
69.00
75.50
79.50
86.00
90.50
20.00
24.00
26.50
30.50
33.50
38.00
41.00
46.50
50.00
55.50
59.50
65.50
69.50
76.00
81.00
88.00
93.00
100.50
105.50
Altura de Construcción (m)
2.00
2.32
7
III EJEMPLO DE
AGRICOLA
COSECHA
Y ALMACENAMIENTO EN SECTOR
EI almacenamiento de aguas lluvia para uso doméstico y animal es muy
práctico en localidades donde cualquier sistema de suministro se dificulta ya
sea por carencia de fuentes o bien por aspectos económicos.
A continuación se describe la metodología a seguir cuando se desee hacer
utilización del sistema.
1.
CONSUMOS
Uno de los aspectos de mayor importancia es conocer la cantidad de agua que
se requiere para satisfacer las necesidades en el predio, para ello se presenta
la Tabla 2.
Tabla 2: Necesidades de agua que tienen las personas y algunos animales domésticos
Clase de Consumo
Cantidad de agua en Lts/día
Consumo por persona
Para Cocina
Para Aseo Personal
Para Sanitarios
Total de Litros por Persona por día
Consumo con Animales
Caballo o mula
Vaca Lechera
Cerdo
Cordero
Para 100 gallinas
Para 100 pavos
15
45
20
80
45
45
8
15
8
15
30
2. AREA DE CAPTACION
Es la superficie sobre la cual el agua lluvia es recogida, puede ser el techo de
una casa, el de un galpón, o una superficie preparada para tal fin.
La dimensión del área necesaria depende de la cantidad
localidad y de la cantidad de agua de consumo.
de lluvia en la
La Figura 4 relaciona estos aspectos y su utilización se presenta en el ejemplo
propuesto.
Figura 4: Relación entre consumos, área de captación y lluvia
9
3.
PRECIPITACION
Es el factor más importante en la metodología que aquí se presenta ya que de
la lluvia dependerá del éxito del sistema. Se hace necesario que los
agricultores se informen por medio de las diversas entidades que prestan
asistencia técnica, cuál es el dato de lluvia promedio anual en la región a fin de
determinar el tamaño del área de captación
y el volumen del tanque de
almacenamiento.
4.
ALMACENAMIENTO
EI agua recogida en el área de captación debe ser almacenada para permitir
su utilización en el momento en
que se necesite. EI volumen de
almacenamiento se calcula conociendo los consumos y el período seco o de
verano continuo en el cual no se presentan lluvias.
Los estanques de almacenamiento pueden ser construidos de diversa forma y
manera. Cualquiera que sea el tipo de tanque se debe prevenir la
contaminación del agua, mediante la instalación de tapas o cubiertas que
permitan la aireación, pero que impidan la entrada de luz, polvo, agua
superficial e insectos.
5.
FILTRACION
La calidad del agua almacenada depende del área de captación. Algunos
materiales tales como polvo, hojas, insectos, estiércol de pájaros, pueden ser
arrastrados por el agua ocasionando problemas bacteriológicos y físicos, así
que resulta aconsejable usar filtro antes de que el agua entre al tanque de
almacenamiento. EI filtro puede estar construido básicamente de arena y grava
dentro de un recipiente, que para el caso de captación de agua de techos
pueda ser un tambor de 55 galones (200 lts aprox.). EI filtro requiere un
mantenimiento adecuado para evitar su contaminación en un período corto de
tiempo.
Se anota que aunque la filtración mejora considerablemente la calidad de agua,
no puede esperarse que bacteriológicamente su efecto sea el mejor, dado que
muchas bacterias pasan a través de los medios filtrantes.
6.
DISTRIBUCION
Dado que los depósitos almacenamiento pueden ser enterrados o superficiales
se hace necesario proveerlos de dispositivos que permitan la utilización del
agua cuando ella es requerida. Los dispositivos más usados son llaves cuando
los tanques son superficiales y bombas que permiten tener agua a presión
dentro de la casa cuando ellos son enterrados. Variaciones de diversa índole
pueden ser efectuadas a la unidad de distribución, no obstante todo dependerá
de los recursos económicos y locales de quien desee instalar el sistema
propuesto.
10
Ejemplo
La familia de un agricultor está compuesta de siete (7) personas incluido él,
posee: 2 vacas, 100 gallinas, 3 cerdos y 1 mula. Se necesita saber que área de
captación requiere si la localidad donde tiene el predio presenta una lluvia
promedio de 1.500 milímetros al año (mm/año).
Solución:
a) Consumo por año
Si una persona necesita 80 litros por día (Tabla 2), para saber cuanto
consumen 7 personas en el año hacemos la siguiente operaci6n:

7 personas x 80 litros por día x 365 días = 204.400 Its/año.
Para saber cuanto es el consumo de los animales al año procedemos de la
siguiente manera:
De la Tabla 2, se conoce que una vaca consume 45 litros por día. Así que dos
vacas necesitarán:

2 vacas x 45 litros por vaca x 365 días = 32.850 Its/año.
De la Tabla 2 se tiene que 100 gallinas requieren 15 litros por día. Así que el
consumo por año es igual a:

15 litros por día x 365 días = 5.475 litros/año.
De la Tabla 2 se conoce que 1 cerdo necesita 15 litros por día, así que 3
necesitan.

3 cerdos x 15 litros por día x 365 días = 16.425 Its/año.
De la Tabla 2 se sabe que 1 mula consume 45 litros por día.
Así que al año necesitará:

45 litros por día x 365 días = 16.425 litros/año.
EI consumo total en el predio del agricultor será en consecuencia la suma de
los valores hallados anteriormente:
Consumo por Personas
Consumo por Vacas
Consumo por Gallinas
Consumo por Cerdos
Consumo por Mula
ConsumoTotal
204.400 lts/año
32.850 lts/año
5.475 lts/año
16.425 lts/año
16.425 lts/año
275.575 lts/año
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b) Precipitación
Para el ejemplo propuesto se ha partido del hecho de que se conoce la lluvia
anual de 1.500 milímetros al año; no obstante en aquellas localidades donde se
desconoce este dato, se hace necesario que los agricultores se informen
inicialmente de su valor.
c) Utilización de la Figura 4
Con los datos consumo anual y precipitación promedio, utilice la Figura 4 de la
siguiente manera:
 Sobre el eje de "Consumo anual en metros cúbicos por año" ubique el valor
275,575 M3/año (275.575 litros/año).
 Una vez ubicado el valor se desplaza horizontal mente hasta encontrar la
recta de 1.500 mm/año.
 Desde el punto de corte de las dos rectas se efectúa un desplazamiento
vertical, hasta encontrar el eje correspondiente a "área de captación
requerida en metros cuadrados", este último punto de corte nos dará el
valor del área, el cual leído directamente corresponde a 184 metros
cuadrados (las líneas punteadas sobre la Figura 4corresponde al ejemplo
propuesto).
d) Almacenamiento
Tal como se anotó anteriormente, el volumen de almacenamiento se estima
conociendo los consumos y el período seco de verano el cual no se presentan
lluvias.
Para el caso del ejemplo se conoce que el consumo es 275.575 litros/año, así
que la necesidad mensual se halla fácilmente mediante la siguiente operación:

275.575 Its/año / 12 meses = 22.965 litros por mes
Si suponemos que en la localidad donde vive el agricultor hay dos meses de
verano continuo o tiempo totalmente seco, el volumen de almacenamiento
requerido será:

22.976 litros por mes x 2 meses = 45.930 litros
aprox. 46 m3
EI depósito necesario para almacenar este volumen así como el filtro a instalar
y el sistema de distribución a emplear estarán condicionados por las facilidades
económicas del agricultor; no obstante para el ejemplo y bajo el supuesto de
que el área de captación es el techo de un galpón que mide 20 x 10 m, le
podemos aconsejar la utilización de un filtro de arena y grava hecho en un
tambor de 200 lts, igualmente la construcción de un depósito en ladrillo con
muros de 25 cm de espesor y dimensiones de 5.5 x 5.0 x 1.8 m.
12
IV BIBLIOGRAFIA
1. Hasse Rolf. 1989. Rainwater Reservoirs above ground structures for roof
catchment. GATE/GTZ. Alemania.
2. Olmos Rafael. Almacenamiento de Agua. Servicio Nacional de Planos.
Sección de Infraestructura. Ministerio de Agricultura. Colombia.
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