Tesina: Propuesta de Diseño del sistema de captación de agua

Tesina:
Propuesta de Diseño del sistema de captación de agua pluvial para una casa
habitación en la Col. Lienzo Charro, Cd . Madero, Tamaulipas.
Presenta:
SERGIO ALBERTO MARTINEZ GUERRERO
Junio 2014
Antecedentes
La ingeniería moderna ha permitido garantizar el suministro de agua a
zonas urbanas y rurales, desafortunadamente, la realidad muestra que el
positivo
urbanización
por un ycrecimiento
Elpapel
agua es
uno de de
los la
recursos
naturalesesta
mássombreado
valiosos del planeta
ha
jugado
un papel primordial
en el desarrollo del ser humano.
desordenado
de las ciudades.
No solamente es indispensable para la vida y la salud, sino que también
es de
suma importancia
desde el punto
de vista económico y social en
Formas
de abastecimiento
de agua
virtud de que se requiere para llevar a cabo diversas actividades
Dentro de las formas más comunes que el hombre ha
Consumopara
humano
empleado
abastecerse de agua se tienen entre
otras:
Industrial
•
•
•
•
•
• Agricultura
Desalinización
• Ganadería de agua de mar.
Extracción
de agua de pozos.
• Acuicultura
Extracción de agua de ríos y lagos.
Tratamiento
Recreativas de aguas residuales
Captación de agua lluvia
Uso domestico
Continuación…
Técnicas
Estas técnicas
de captación
puedende
seragua
agrupadas en grandes modalidades de
captación de agua de lluvia
Comotécnica
las siguientes:
Como
de captación y aprovechamiento de agua de lluvia
se entiende la práctica (obra o procedimiento técnico) capaz de
Micro captación:
También es denominada
como captación
en
individualmente
o combinadas
con otras, aumentar
la
sitio, por tratarse
de un
proceso
de captación
y uso
en un lugar
disponibilidad
de agua,
para
uso doméstico,
animal
o vegetal.
cercano o contiguo.
Por lo general, son las técnicas como saneamiento de suelos, así
como la construcción y manejo de obras hidráulicas que permiten
captar, derivar, conducir, almacenar y/o distribuir el agua de lluvia.
Macro captación: Consiste en captar la escorrentía superficial
generada en áreas más grandes, Las técnicas de macro
captación son más complejas que las de micro captación,
Incorporan como principio hidrológico la utilización de un área
productora de escorrentía superficial
Continuación…
Definición del problema:
Debido a que el abastecimiento de agua de La laguna del Chairel pertenece a la sub-cuenca del
Por otra parte, el agua de lluvia que debiera infiltrarse como medio natural de recarga
Río Tamesí.
del acuífero, no se infiltra en la cantidad necesaria ya que, existen asentamientos
humanos regulares e irregulares, además los propietarios de predios constantemente
Este ha venido padeciendo una considerable explotación esencialmente en los veranos que
pavimentan
patios eliminando infiltración.
son
más largos sus
y calurosos.
Usualmente
los propietarios
delos
losproductos
predios industriales
buscan desalojar
el agua
quepotable.
precipitada
Así como
el incremento
de los costos de
y el servicio
de agua
por medio de tuberías que conduzcan el líquido hacia la vía pública o en otros casos
Entredirectamente
otros efectos en
que destacan
la baja
presión
en la red de abastecimiento
que dirige
allos
drenaje
sin darle
algún
aprovechamiento
antes.
COMAPA (comisión municipal de agua potable y alcantarillado de las márgenes del rio panuco).
toda esta cantidad de agua provoca inundaciones y/o encharcamientos las calles.
Por esta razón se necesitan proyectos o propuestas atractivas para el aprovechamiento y
prevención a la falta de agua en los hogares de las familias
Objetivos
Objetivo general:
El objetivo de este trabajo es el diseño de un sistema de captura de agua lluvia en una
casa habitación en la col. Lienzo Charro, Ciudad Madero, Tamaulipas.
Objetivos específicos:
Determinar la cantidad de agua necesaria para satisfacer el sistema
sanitario y para el uso en jardín.
Calcular la cantidad de agua que se puede captar y aprovechar.
Desarrollar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias como
alternativa para usos no potables (sanitarios, riego de jardines,
lavado de patios y áreas comunes, entre otros).
Hacer una relación del ahorro con la instalación del sistema de
aprovechamiento de agua pluvial en una casa habitación en Cd.
Madero.
Justificación:
Para
afrontar
problemáticade
escases
una de las
alternativas
Al tener
pocaladisponibilidad
agua yde
unagua
crecimiento
progresivo
de es la
captación
de agua
de lluvia.
la población
en México
el crecimiento de la población así como la
evolución que sigue la población urbana con respecto de la rural,
La
cual se
piensa
manera
eficaz de ahorro
de agua
prevenir su
dando
como
ideaserá
queuna
las zonas
metropolitanas
tendrán
unay gran
contaminación
desechos orgánicos e inorgánicos que se encuentren en
concentración con
de población.
el suelo.
La contaminación
Es posible establecer
de los recursos
sistemas hídricos
de captación
ha generado
de aguaen
dediversas
lluvia para
cuencas
consumo
escasez
humano
de agua,
a nivelalde
serfamilia
eliminadas
gracias
estas
a lafuentes
utilización
naturales
de espacios
o cuencas
estratégicos
de
en
agua,
la estructura
ya que representan
de la vivienda.
un foco de infección o fuente de enfermedades
por su mala calidad.
Considerando lo expuesto, que cada ser viviente disponga de agua en
Afectando
cantidadde
y en
manera
calidad
significativa
con el objeto
a ciudades
de lograr
y localidades
el verdaderoque
desarrollo
convergen a
ellas.
Sustentable de la humanidad.
Delimitaciones y alcances:
El alcance que se dará a la investigación, se orienta principalmente a la zona conurbada
del sur de Tamaulipas que esta constituida por Tampico, Madero y Altamira.
Ya que la cercanía de estas ciudades contemplan climas, temperaturas, precipitaciones,
vientos, etc. Muy similares.
Para el modelo propuesto tomo datos como ubicación, dimensiones de
terreno, etc. en la colonia Lienzo Charro de cd. Madero, Tamaulipas.
Ya que algunos datos en fueron facilitados de esta colonia como
dos cuartos
tres cuartos
disponen de agua entubada
no disponen de agua entubada
disponen de excusado o sanitario
disponen de drenaje
no disponen de drenaje
viviendas particulares
115
245
436
8
442
434
11
Por lo que da pie a sugerir el sistema propuesto, siendo un
sector en crecimiento (nivel social) da el tiempo de
modificarse o acoplarse al diseño arquitectónico que el
usuario pueda desear.
Metodología
Información pluviométrica
Adicional
a losdiarios
componentes
mencionados,
parapromedios
desarrollarmensuales
el diseño se
tener la de
Con los datos
obtenidos,
se estiman los
dedebe
precipitación,
información
acuerdo con pluviométrica
la ecuación : de la zona, la cual debe ser de mínimo diez (10) años
consecutivos, para tener mayor confiabilidad en el diseño.
Dónde:
Ppi: precipitación promedio mensual del mes “i” de todos los años
El diseño
consta principalmente de la determinación
evaluados
(mm/mes)
de la
demanda de agua, la oferta relacionada con la precipitación
n: número de años evaluados
de la zona, el volumen de almacenamiento del agua lluvia, el
pi: valor de precipitación mensual del mes “i”, (mm)
filtro y la red de distribución de las aguas lluvias.
Demanda de agua en el mes “i” (Di)
La demanda de agua se puede estimar de diferentes
maneras, una de ellas, como la plantea el CEPIS, es la
siguiente: a partir de la dotación asumida por persona se
calcula la cantidad de agua necesaria para atender las
necesidades de las personas a ser beneficiadas en cada
uno de los meses.
Continuación…
Oferta de agua en el mes “i” (Ai)
Teniendo en cuenta los promedios mensuales de precipitaciones de todos los años evaluados, el
material del techo y el coeficiente de escorrentía, se procede a determinar la cantidad de agua
captada para diferentes áreas de techo y por mes.
El coeficiente de escorrentía adopta un valor que depende de la naturaleza de la superficie.
Pavimentos de hormigón o aglomerados
Ce: 0,75 a 0,95
Volumen de almacenamiento (Vi)
Para conocer el volumen necesario de almacenamiento se debe encontrar la diferencia entre la oferta
acumulada y la demanda acumulada para cada mes, de ésta manera el mayor valor de diferencia será el
volumen del tanque adoptado.
Si las diferencias dan valores negativos, quiere decir que las áreas de captación no son suficientes para satisfacer la
demanda.
Continuación…
Demanda acumulada (Dai)
Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:
Oferta acumulada (Aai)
Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:
Continuación…
Potencial de ahorro de agua potable
El potencial de ahorro de agua potable se determina de acuerdo con el
volumen de agua lluvia posible de ser recolectada y la demanda existente, en
un mes, como se expresa en la siguiente ecuación:
Desarrollo
Para la elaboración del proyecto se escogió casa habitación, la cual estará ubicada en
Col. Lienzo Charro, Cd. Madero, que pertenece al estado de Tamaulipas.
Para un promedio de 4 personas entre adultos y niños. La vivienda contara con servicios
de agua potable, alcantarillado y electricidad, los cuales son prestados por Las
Empresas Públicas de Cd. Madero (COMAPA Y CFE).
Ya que en la página del INEGI en información nacional por entidad federativa y
municipios proporciono los sig. datos son los siguientes:
El anexo a y anexo a.1, muestra los planos de la casa-habitación se utiliza como
base para el trabajo.
La zona sur del estado de Tamaulipas también conocida también como zona
metropolitana que abarca los municipios de Tampico, Madero y Altamira, la
población en general prefiere el uso de materiales como el cemento y el block
para la construcción de su vivienda por lo que la propuesta delimita a este tipo de
construcción.
En toda la construcción de la
casa habitación cuenta con un
área de 54 m2 y un área útil de
techo de 54 m2, existen
jardines, por lo que se agregara
el uso de riego de jardines del
diseño.
Continuación…
Captación del Sistema
Componentes
En estea caso
ladiseño
captación
se realizaráelenconsumo
el techo,humano
el cual tiene
pendiente
y superficie
Debido
que el
no contempla
del agua
lluvia 3%
captada,
la
que
facilitan
el
escurrimiento
del
agua
lluvia
hacia
el
sistema
de
recolección.
contaminación del techo como material orgánico (hojas de árboles) se retendrán atreves de una
rejilla, para mantenimiento (limpieza) de forma manual, por lo tanto se agregara el componente
El material
deltrabajo,
techo eselde
concreto
lo para
cual tiene
la ventaja
de tener
una buena sin
filtro
para éste
agua
podrá hidráulico,
ser utilizada
los usos
no potables
mencionados
superficie,
pero, si llegaran
a encontrar
mal estado
podrían
afectar
el coeficiente de
afectar
las condiciones
hidráulicas
ni los en
materiales
de los
aparatos
sanitarios.
escorrentía y aumentar los sólidos arrastrados por el agua, hacia el sistema de filtro.
En caso de que en un futuro se quiera aprovechar las aguas lluvias para consumo humano,
La geometría
del techo,
de acuerdo
con los
la representación
seda
en el anexo A y
entonces,
un sistema
de filtración,
seguido
deplanos
un sistema
de tratamiento
(desinfección).
en el anexo A.1 se muestra un corte horizontal.
Objetivos específicos:
Desarrollar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias
como alternativa para usos no potables (sanitarios, riego de
jardines, lavado de patios y áreas comunes, entre otros).
Continuación…
Recolección y Conducción
Sistema de filtración del agua.
La casa habitación contara con bajante de PVC de 4”, que recolectan y
conducen el agua lluvia de todo el techo hacia el filtro (anexo B).
El sistema contara con dos filtros uno en el inicio de la tubería de
conducción
que
constara
de una
(figura
23) para
impedirde
el
Por lo tanto
para
éste diseño
no serejilla
tendrá
en cuenta
la instalación
paso
de materia
(hojas de
y un
filtro de
para
eliminar
canaletas,
pero orgánica
sí, Adicionalmente
seárboles)
instalará en
el inicio
la tubería,
una
impurezas
polvo
u otros
materiales
más las
finos
su ubicación
esta
malla quecomo
retenga
los sólidos
más
gruesos como
hojas,
lo palos, entre
otros.
justo
antes del tanque de almacenamiento
La filtración doméstica del agua es una buena opción
para todas aquellas personas que desean incrementar
la calidad del agua (anexo B).
Cada método de purificación es adecuado en un
contexto. (Figura 24)
Continuación…
Almacenamiento
Los tanques de almacenamiento a diseñar serán poligonales de
concreto armado y muros de block.
Las dimensiones se especifican en el modelo anexo C y anexo C.1 el
cual se establece aprovechando el espacio en el cubo de la escalera,
se dimensionaran dos, los cuales alimentaran diferentes sistemas
hidráulicos uno para baños y otro para diversos usos.
Los materiales utilizados para la construcción de las cisternas o tanques de
almacenamiento serán los siguientes:
Cemento, arena, graba y acero
Cisternas de cemento-block
Son las más simples en las zonas rurales de México y son construidos con
block y arena cementada.
Continuación…
Distribución
La distribución de agua lluvia, será propuesta de acuerdo con la ubicación del
tanque de almacenamiento.
Para éste diseño dicha red sólo llegará a los puntos hidráulicos donde se utilizará el
agua lluvia, es decir, sanitarios y lava-escobas, pero la red de agua potable podrá
abastecer dichas unidades de almacenamiento, ya que, en los meses en los que el
agua lluvia no alcanza a cubrir la demanda completa, así que deberá proteger la
red de suministro de agua potable con una válvula de cheque o de forma manual
atreves de llaves de paso.
En el anexo d se muestra un ejemplo de una red protegida por medio de llaves de
paso, para evitar que el agua lluvia se mezcle con el agua potable.
El sistema propuesto pretende omitir el uso de un sistema de bombeo por lo que la
alimentación se realizara atreves de gravedad.
Continuación…
Información pluviométrica
La información recolectada de precipitación obtenida de CONAGUA, para el estado
de Tamaulipas, durante un periodo del 2004 al 2013 los cuales cumplen con un
periodo de retorno de 10 años, en la figura 25 muestro los registros.
Cabe mencionar que son precipitaciones promedio de cada mes.
Comparándolo con los valores de a figura 26 que son los valores promedios de Tampico:
Tomando en cuenta los valores de lluvia captados a nivel federal se realizo la siguiente tabla 1
Resultados
Se presentan a continuación los resultados, de la precipitación promedio de la
zona para los años 2004-2013 (grafica 2), y los cálculos para cada uno de los
componentes del sistema, de acuerdo con la metodología descrita
anteriormente.
Los valores de consumo de agua potable
para la instalación evaluada son los
siguientes.
Objetivos específicos:
Determinar la cantidad de agua necesaria para satisfacer el sistema sanitario y
para el uso en jardín.
Continuación…
Precipitación promedio mensual (Ppi)
La precipitación promedio mensual, expresada en mm, equivale a la
precipitación promedio mensual en litros por metro cuadrado, pues
1litro de agua en 1m² tiene una altura de 1 mm.
Para la determinación de los
parámetros mencionados en el marco
teórico, y lograr obtener
adecuadamente el volumen de
almacenamiento de agua lluvia y el
potencial de ahorro de agua potable,
según la metodología del CEPIS, se
debe distribuir la precipitación
ubicando en la fila superior el mes de
mayor lluvia durante los 10 años
evaluados
Continuación…
La determinación de la demanda acumulada y de la oferta acumulada se
realizó según el procedimiento descrito anteriormente, en el que la
diferencia entre estos dos parámetros arroja los valores del volumen
almacenado durante cada mes.
A continuación se presentan los resultados obtenidos.
PPWS= 113%
Vi= 9.4
Capacidad del
tanque
3.54m³ y 7.41m³
Total 14.79m³
Objetivos específicos:
Calcular la cantidad de agua que se puede captar y aprovechar.
Continuación…
Como se observa en la tabla 6 los
valores obtenido, en relación al agua
Seguida se mostrara la grafica 4 donde
captada y a la demanda es
(grafica 3), ya que se
observamos la demanda acumulada ysatisfactoria
la
cubre por completo la demanda.
oferta acumulada, mostrando que la oferta
satisface a la demanda.
Seguida se mostrara la grafica 4
donde observamos la demanda
acumulada y la oferta acumulada,
mostrando que la oferta satisface a
la demanda.
Objetivos específicos:
Hacer una relación del ahorro con la instalación
del sistema de aprovechamiento de agua pluvial
en una casa habitación en Cd. Madero.
Conclusiones
•
De acuerdo con los resultados obtenidos se puede decir que el proyecto cumple el
objetivo general en cuanto a que es técnicamente viable para un ahorro potencial.
con la precipitación de la zona y el espacio disponible, se logra abastecer completamente
los sanitarios y lava-escobas durante nueve meses del año, y los tres meses restantes se
abarca 70% - 30% de la demanda, siendo necesario complementarlo con agua potable,
•
la inversión inicial es alta, por lo que no logra ser un sistema de bajo costo, lo que puede volverlo
inaccesible si no se cuenta con la adecuada financiación para desarrollar el proyecto.
•
Recomiendo la construcción en los meses marzo-abril para en mayo hacer pruebas de
permeabilidad y así tener listo y funcional el tanque de abastecimiento.
•
Debido a que éste proyecto consiste únicamente en la ingeniería conceptual de un sistema de
aprovechamiento de aguas lluvias, se define el nivel de los detalles de instalación y
construcción del sistema.