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DISEÑO DE REDES DE AGUA INTEGRANDO DESALINIZACIÓN Y
RECOLECCIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA SUMINSITRO DE AGUA
POTABLE: CASO ESTUDIO DEPARTAMENTO DE BOLÍVAR
MIGUEL ANGEL CUESTA PEÑA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA QUÍMICA
CARTAGENA DE INDIAS, D. T. Y C.
2020
2
DISEÑO DE REDES DE AGUA INTEGRANDO DESALINIZACIÓN Y
RECOLECCIÓN DE AGUAS LLUVIAS PARA SUMINSITRO DE AGUA
POTABLE: CASO ESTUDIO DEPARTAMENTO DE BOLÍVAR
Tesis para optar al título de Magister en Ingeniería Química
MIGUEL ANGEL CUESTA PEÑA
Director:
KARINA ANGÉLICA OJEDA DELGADO, PHD.
Ingeniería Química
Grupo de investigación en Diseño de Procesos y Aprovechamiento de Biomasas
Línea de Investigación: Integración y análisis de procesos
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA QUÍMICA
CARTAGENA DE INDIAS, D. T. Y C.
2020
3
Nota de aceptación:
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___________________________________________
____________________________________________
Firma del presidente de jurado
____________________________________________
Firma del jurado
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Firma del jurado
Cartagena de Indias D. T. y C. Marzo 11 de 2020
4
DEDICATORIA
Dedico esta tesis a Dios ser superior que inspira y orienta mi vida, por darme fuerza para
culminar este proceso y poder obtener uno de los anhelos más deseados…
A mi padre Q.E.P.D. quien desde arriba me impulsa y orienta, mi madre que por su amor,
consejo, sacrificio siempre está y estará en mi corazón…
A mi Esposa Judith por su cariño y compresión…
A mis hijos quienes permanentemente me apoyaron con su espíritu alentador….
A mi familia en Quibdó por su constate apoyo incondicional…
5
AGRADECIMIENTOS
No tengo palabras para expresar mi gratitud a la Universidad de Cartagena especialmente a
la facultad de Ingeniería por permitir estudiar y terminar con éxito esta Maestría….
A mi Tutora Ingeniera Karina Angélica Ojeda delgado, quien desde el primer momento me
brindó su amistad, su bondad, paciencia y sus palabras fueron de gran apoyo en momentos,
en que mi vida pasaba por el dolor de haber perdido a mi padre....
A la Fundación Universitaria Tecnológico Comfenalco, por su aporte económico….
A José Cortez por su apoyo en la consecución de los datos, a Jesús David Frías, por su
enorme aporte a este trabajo….
Mi agradecimiento a todos, mi familia, mis amigos que de una u otra manera me brindaron
su colaboración y se involucraron en este trabajo….
6
CONTENIDO
GLOSARIO .......................................................................................................................... 12
RESUMEN ........................................................................................................................... 13
ABSTRACT ......................................................................................................................... 14
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 15
1. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 17
1.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................................. 17
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................... 17
2. ALCANCE Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN......................................... 18
3. MARCO REFERENCIAL ............................................................................................... 19
3.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL ........................................................................ 19
3.1.1 Información pluviométrica. .................................................................................. 19
3.1.2 Oferta de agua en el mes (OAM). ........................................................................ 19
3.1.3 Coeficiente de escorrentía. ................................................................................... 20
Por esta consideración de perdida, es conveniente realizar un recalculo de la oferta
mensual de agua con el porcentaje de perdida considerado, tal cual como se indica en
la siguiente ecuación: .................................................................................................... 21
3.1.4 Demanda de agua en el mes (DAM) .................................................................... 21
3.1.5 Índice de Riesgo de la Calidad del Agua (IRCA). ............................................... 21
3.1.6 Índice de calidad de aguas para la preservación de flora y fauna (ICAMPFF). .. 22
3.1.7 Índice de riesgo municipal por abastecimiento de agua para consumo humano
(IRABA) ........................................................................................................................ 23
3.1.8 Desalinización ...................................................................................................... 27
3.1.9 Procesos de Desalinización. ................................................................................. 27
3.1. 10 Captación de aguas pluviales. ........................................................................... 29
7
3.1.11 Procesos de captación de agua lluvia. ................................................................ 30
3.1.12 Modelos matemáticos ......................................................................................... 31
3.2 ANTECEDENTES ..................................................................................................... 32
3.3 ESTADO DEL ARTE................................................................................................. 35
4. METODOLOGIA ............................................................................................................. 38
4.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 38
4.2 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN .......................................... 38
4.2.1. Fuentes de información primaria......................................................................... 38
4.2.2 Fuentes de información secundaria ...................................................................... 38
4.3 VARIABLES DE PROCESO ..................................................................................... 39
4.3.1 Variables independientes...................................................................................... 39
4.3.2 Variables dependientes ......................................................................................... 39
4.3.3 Variables intervinientes ........................................................................................ 39
4.4 PROCEDIMIENTO .................................................................................................... 40
4.4.1 Análisis de la precipitación de agua lluvia en el departamento de Bolívar. ......... 40
4.4.2 Perfil de saneamiento básico e índice de calidad del agua ................................... 41
4.4.3 Selección de tecnologías de captación de agua lluvia .......................................... 42
4.4.4 Selección de tecnologías de Desalinización de agua de mar ............................... 42
4.4.5 Formulación del modelo de optimización ............................................................ 43
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................................. 45
5.1 Perfil de saneamiento básico ....................................................................................... 45
5.2 Índice de calidad de agua (IRCA) ............................................................................... 51
5.3 Análisis estadístico de la precipitación en el departamento de Bolívar. ..................... 55
5.3.1 Análisis del comportamiento de la precipitación por municipio. ......................... 57
8
5.4 Distancia al mar .......................................................................................................... 61
5.5 Selección de la zona con mayor potencial para la implementación de un sistema de
red integrado para agua potable ........................................................................................ 64
5.5.1 Oportunidades y debilidades de las zonas escogidas ........................................... 68
5.6 Recolección de agua lluvias ........................................................................................... 69
5.6.1 Tecnología de captación de agua lluvia ............................................................... 70
5.6.2 Estudio de factibilidad de la captación de agua pluvial en techo. ........................ 71
5.7 Desalinización de agua de mar ................................................................................... 73
5.7.1 Evaluación y selección de las tecnologías de desalinización de agua de mar ...... 73
5.8 Resumen técnico y económico de las metodologías de tratamiento de agua ............. 75
5.9 Diseño del modelo de la red integrada de agua potable. ............................................. 77
5.9.1 Modelo matemático .............................................................................................. 79
5.9.2 Red de integración ................................................................................................ 93
6. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 96
7. RECOMENDACIONES .................................................................................................. 98
8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................................. 99
9. ANEXOS ........................................................................................................................ 106
9
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Coeficiente de escorrentía en diferentes superficies en el área de captación ......... 20
Tabla 2. Clasificación del nivel de riesgo y acciones según IRCA por muestra e IRCA
mensual ................................................................................................................................. 22
Tabla 3. Escalas de valoración del índice de calidad de aguas marinas y costeras
(ICAMPFF) .......................................................................................................................... 23
Tabla 4. Clasificación del nivel del riesgo en salud por IRABAm ...................................... 26
Tabla 5. Variables operativas ............................................................................................... 40
Tabla 6. Clasificación de la intensidad de las lluvias ........................................................... 41
Tabla 7. Indicadores de cobertura por servicios en el Departamento de Bolívar. ................ 45
Tabla 8. Cobertura de agua potable en Cartagena de indias ................................................. 46
Tabla 9. Índice de continuidad del servidor que suministra y distribuye agua para consumo
humano. ................................................................................................................................ 48
Tabla 10. Promedio continuidad del servicio de acueducto por municipio.......................... 50
Tabla 11. Longitud del litoral a los municipios del departamento de Bolívar ..................... 62
Tabla 12. Selección de los municipios para el estudio ......................................................... 66
Tabla 13. Cuadro de oportunidades y debilidades de cada municipio ................................. 68
Tabla 14. Sistema de captación de agua según finalidad del uso ......................................... 70
Tabla 155. Ponderación de madurez tecnológica ................................................................. 73
Tabla 166. Ponderación de costo de equipo ......................................................................... 73
Tabla 177. Ponderación de energía de tecnología de desalinización de agua de mar .......... 74
Tabla 18. Ponderación para madurez Tecnológica ............................................................... 74
Tabla 19. Ponderación de costo de agua............................................................................... 75
Tabla 20. Criterios, ponderación y resultados de las tecnologías de captación de agua lluvia
.............................................................................................................................................. 75
Tabla 21. Criterios, ponderación resultados para escoger la tecnología de desalinización de
agua de mar ........................................................................................................................... 76
Tabla 22. Comparación de las principales tecnologías de desalinización de agua de mar ... 77
Tabla 23. Registro de demanda por municipio y déficit de cobertura en m3/día ................. 84
Tabla 24. Promedio mensual de lluvia en cada municipio seleccionado para la red de
integración ............................................................................................................................ 85
Tabla 25. Cantidad de flujo requerido mensualmente desde la planta de desalinización en
m3 ......................................................................................................................................... 86
Tabla 26. Demanda de carros tanques y costo de transporte de agua en municipios de
Bolivar para la red de integración......................................................................................... 93
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Superestructura para distribución de agua a nivel macroscópico ......................... 43
Figura 2. Mapa de cobertura agua potable por municipio en el departamento de Bolívar ... 47
Figura 3. Porcentaje de continuidad del servicio de agua en el departamento de Bolivar ... 49
Figura 4. Cobertura de alcantarillado en departamento de Bolívar ...................................... 51
Figura 5. Clasificación de riesgo de calidad de agua en Colombia, año 2017 ..................... 52
Figura 6. Comportamiento IRCA 2017 ................................................................................ 52
Figura 7. Promedio de niveles de IRCA 2015-2017, departamento de Bolívar ................... 54
Figura 8. Análisis de dispersión IRCA, departamento de Bolívar ....... ¡Error! Marcador no
definido.
Figura 9. Mapa de Bolívar de precipitaciones medias totales anuales ................................. 56
Figura 10. Comportamiento de precipitación en el municipio de Arjona 2013-2017 .......... 57
Figura 11. Promedio mensual de precipitación en el municipio de Arjona 2013-2017 ....... 58
Figura 12. Comportamiento de precipitación en el municipio de San Jacinto 2013-2017 ... 59
Figura 13. Promedio mensual de precipitación en el municipio de San Jacinto 2013-2017 59
Figura 14. Comportamiento de precipitación en el municipio de San Jacinto del Cauca
2013-2017 ............................................................................................................................. 60
Figura 15. Promedio mensual de precipitación en el municipio de San Jacinto del Cauca
2013-2017 ............................................................................................................................. 60
Figura 16. Delimitación espacial del territorio marino costero de Bolívar .......................... 61
Figura 17. Relación de la distancia en línea recta al litoral de los municipios del
departamento de Bolívar. ...................................................................................................... 63
Figura 18. Municipios seleccionados para el estudio ........................................................... 67
Figura 19. Diagrama de Nodos para red integrada de distribución de agua en Bolívar ....... 80
Figura 20. Diagrama de Nodos y Arcos enumerado. ........................................................... 82
Figura 21. Macro sistema de integración - distribución de aguas desalinizadas, pluviales y
potabilizadas en Bolívar ....................................................................................................... 95
11
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Tabla de datos de cobertura de agua potable de municipios de Bolívar entre los
años 2016-2018................................................................................................................... 106
Anexo B. Nomenclatura de Municipios para Figura 2 ....................................................... 107
Anexo C. Cobertura de alcantarillado en Bolívar............................................................... 108
Anexo D. Valores de IRCA en el departamento de Bolívar ............................................... 109
Anexo E. Análisis estadístico de precipitación de agua lluvia en el departamento de
Bolívar. ............................................................................................................................... 110
12
GLOSARIO
• Antropogénico: Se refiere al efecto ambiental causado por el hombre, a diferencia
de los que son causados por la naturaleza.
• Cobertura: Hace referencia a la capacidad de prestación de los servicios básicos
presentados a las comunidades.
• Escorrentía: Agua de lluvia que circula libremente sobre la superficie de un terreno.
• Hidrófobo: Hace alusión a la característica de una membrana que permite el paso del
vapor y no del agua.
• Litoral: Franja de terreno que esta junto al mar.
• Pluviosidad: Cantidad de lluvia que cae en un lugar y un periodo determinado.
• Saneamiento: Dotación de las condiciones necesarias de sanidad de un lugar.
13
RESUMEN
En el departamento de Bolívar a través de informes presentados por entidades públicas, se
evidencian altos índices de insuficiencia en la cobertura de los servicios de agua potable para
consumo humano y saneamiento básico, además del alto riesgo en la calidad del agua en
algunos municipios estudiados en la presente investigación. Esta problemática fomentó la
necesidad de investigar y proponer metodologías eficientes y económicamente viables que
contribuyan a mejorar las condiciones actuales de calidad de vida de los habitantes de
comunidades vulnerables en los municipios del departamento de Bolívar. Por lo anterior, la
presente investigación tuvo como objetivo diseñar un sistema de redes de agua integrando un
proceso de desalinización y un mecanismo de captación de aguas pluviales, con la finalidad
de aumentar el suministro de agua potable en zonas críticas del departamento.
Para llevar a cabo el desarrollo del sistema, fue necesario inicialmente elaborar un perfil del
saneamiento básico, índices de calidad del agua y realizar el análisis estadístico de
precipitación de agua en el departamento de Bolívar. Para seleccionar la zona con mayor
potencial de implementación de un sistema de red integrado para agua potable y
desalinización, se seleccionaron 7 municipios del norte de Bolívar por sus condiciones
geográficas, por la precipitación de agua lluvia y por su cercanía al litoral costero, que
permiten ser integrados en un esquema de distribución de aguas desalinizadas y pluviales
económicamente viable; además se seleccionaron los sistemas de captación de agua lluvia en
techo y desalinización de agua de mar implementando tecnologías de osmosis inversa
mediante criterios técnicos y económicos para la aplicación en dichas redes integradas.
Finalmente, la presente investigación propuso una estructura de integración de aguas para
aumentar la cobertura y suministro en los municipios estudiados que resalta como centro de
distribución a una planta de desalinización cuya ubicación propuesta es el municipio de
Arjona por su cercanía al mar y facilidad de conexión con los demás municipios
seleccionados para la red de integración.
Palabras claves: Cobertura, desalinización, integración, litoral, osmosis inversa.
14
ABSTRACT
In the department of Bolívar through reports presented by public entities, high levels of
insufficiency in the coverage of drinking water services for human consumption and basic
sanitation are evidenced, in addition to the high risk in water quality in some municipalities
studied in the present investigation. This problem fostered the need to investigate and propose
efficient and economically viable methodologies that contribute to improving the current
conditions of quality of life for the inhabitants of vulnerable communities in the
municipalities of the department of Bolívar. Therefore, the objective of this research was to
design a water network system integrating a desalination process and a rainwater harvesting
mechanism, in order to increase the supply of drinking water in critical areas of the
department.
To carry out the development of the system, it was initially necessary to prepare a basic
sanitation profile, water quality indices, and perform a statistical analysis of water
precipitation in the Bolívar department. To select the area with the greatest potential for the
implementation of an integrated network system for drinking water and desalination, 7
municipalities in the north of Bolívar were selected for their geographical conditions, for the
precipitation of rainwater and for their proximity to the coastal coastline, which allow be
integrated into an economically viable desalination and stormwater distribution scheme; In
addition, the systems for collecting rainwater on the roof and desalination of seawater were
selected, implementing reverse osmosis technologies using technical and economic criteria
for application in these integrated networks. Finally, the present investigation proposed a
water integration structure to increase coverage and supply in the studied municipalities,
which stands out as a distribution center for a desalination plant whose proposed location is
the municipality of Arjona due to its proximity to the sea and ease of connection. with the
other municipalities selected for the integration network.
Keywords: Coverage, desalination, integration, littoral, reverse osmosis.
15
INTRODUCCIÓN
El agua es uno de los recursos de la naturaleza más importante del planeta, integrante de los
ecosistemas naturales, fundamental para el sostenimiento y la reproducción de la vida ya que
constituye un factor indispensable para el desarrollo de los procesos biológicos que la hacen
posible.
En Colombia, la potabilización y el suministro del agua que se toma en su mayoría de ríos,
represas y diques, está a cargo de los entes públicos gubernamentales como las Alcaldías,
Gobernaciones y Presidencia. Según la Sentencia T-740/11 de la Corte Constitucional en
Colombia: "El agua se considera como un derecho fundamental y, se define, de acuerdo con
lo establecido por el Comité de Derechos Económicos, Sociales y Culturales, como “el
derecho de todos de disponer de agua suficiente, salubre, aceptable, accesible y asequible
para el uso personal o doméstico”. El agua se erige como una necesidad básica, al ser un
elemento indisoluble para la existencia del ser humano. El agua en el ordenamiento jurídico
colombiano tiene una doble connotación pues se erige como un derecho fundamental y como
un servicio público. En tal sentido, todas las personas deben poder acceder al servicio de
acueducto en condiciones de cantidad y calidad suficiente y al Estado le corresponde
organizar, dirigir, reglamentar y garantizar su prestación de conformidad con los principios
de eficiencia, universalidad y solidaridad".
La Constitución Política de Colombia establece como uno de los fines principales de la
actividad del Estado, la solución de las necesidades básicas insatisfechas, entre las que está
el acceso al servicio de agua potable, que es fundamental para la vida humana. El
abastecimiento adecuado de agua de calidad para el consumo humano es necesario para evitar
casos de morbilidad por enfermedades como el cólera y la diarrea, entre otras (OMS, 2015).
Sin embargo, en algunas regiones del país y como es el caso de estudio de la presente
investigación, en el Departamento de Bolívar, dichas necesidades no son cubiertas, puesto
que no se cuentan con sistemas de distribución y potabilización que brinden acceso al servicio
de agua potable en algunas comunidades vulnerables. De aquí la necesidad de ampliar la
16
cobertura y la eficiencia de la distribución, implementando planes estratégicos que permitan
mejorar la calidad de vida de los habitantes de dichas comunidades.
En el departamento de Bolívar, el problema no es sólo la calidad del agua; también es
importante que la población tenga acceso a una cantidad mínima de agua potable al día. En
promedio una persona debe consumir entre 1,5 y 2 litros de líquido al día dependiendo de su
masa, de lo contrario se pueden presentar algunos problemas de salud (OMS, 2015). Por esto,
es importante que el servicio de acueducto no sólo tenga una cobertura universal, sino que
sea continuo.
Teniendo en cuenta lo anterior, esta tesis de grado busco desarrollar un modelo de
optimización para la definición de redes de agua de abastecimiento que integren las fuentes
actuales de captación de agua de los acueductos de los municipios de Bolívar, con procesos
de desalinización de agua mar utilizando alguna técnicas como la Osmosis Inversa (Ramilo,
Gómez y Coppari, 2013) y la recolección de aguas lluvias utilizando la metodología de
captación de aguas pluviales a través de la instalación de sistemas de recolección en techo
aprovechando la precipitación anual de algunos municipios de Bolívar. Esto permitirá brindar
alternativas de abastecimiento de agua a comunidades que no cuentan con procesos de
potabilización disponible o los cuales no tienen la capacidad para alcanzar una cobertura
completa en diferentes regiones del departamento, determinando así una importante
alternativa de mejora de calidad de vida para la población bolivarense.
Además de lo anterior la presente investigación puede servir de modelo para futuras
investigaciones sobre integración de aguas de mar desalinizada y de lluvia a sistemas de
distribución de agua potable en zonas costeras donde se presente déficit de cobertura y
continuidad del servicio de agua potable, representando así un importante avance en el
estudio de modelo de redes de integración.
17
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema de redes de agua integrando procesos de desalinización y recolección de
agua lluvia con potencial para el suministro de agua potable en zonas críticas del
departamento de Bolívar mediante optimización de procesos.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Elaborar un perfil del saneamiento básico, índices de calidad del agua y análisis
estadístico de precipitación de agua en el Departamento de Bolívar, para seleccionar la
zona con mayor potencial de implementación de un sistema de red integrado para agua
potable.
• Seleccionar los sistemas de captación de agua lluvia y desalinización de agua de mar
mediante criterios técnicos y económicos para la aplicación en redes integradas.
• Formular un modelo de optimización para el diseño de redes de agua que contemple el
uso de agua lluvia y desalinizada para la elección e implementación de los sistemas en la
zona de estudio seleccionada del Departamento de Bolívar.
18
2. ALCANCE Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
La presente investigación se desarrolló en la sala de simulación del programa de Ingeniería
Química de la Universidad de Cartagena campus piedra de Bolívar, durante un periodo de
doce 24 meses. Esta permitió desarrollar un modelo de integración de aguas de mar y agua
lluvia al sistema de acueducto existentes, guiados en un modelo de optimización multi
objetivo para diseñar y operar más sistemas sostenibles de gestión del agua para una ciudad
en México (Rojas, Nápoles, Ponce & Serna, 2015). El modelo considera explícitamente el
aumento de la demanda de agua y el cambio en los patrones de precipitación debidos al
cambio climático, que se predijo a partir de datos históricos. Igualmente se evaluaron
tecnologías de desalinización desde criterios técnicos y económicos que permitan la
selección de alternativas viables para la implementación a nivel regional. El modelo
determinó también la ubicación óptima de los sistemas de suministro enfocado al
departamento de Bolívar como caso de estudio, donde se seleccionaron los municipios
propicios para llevar a cabo la integración de las metodologías de tratamiento de agua a la
red de agua potable intermunicipal. Esta investigación hizo énfasis en algunos municipios,
corregimientos o veredas del departamento de Bolívar que presentan deficiencia en su
saneamiento básico; sin embargo, esta investigación no cubre diseño de estructuras de
acueductos, ni plantas de tratamientos, así como tampoco la implementación experimental
de la tecnología de desalinización seleccionada como favorable. Como producto final de la
presente investigación, esta aporta información clave sobre cómo debería ser operada la
conexión integral de la red para aumentar los suministros de aguas en los municipios
estudiados en términos de cantidad de agua desalada y sistemas de captación pluviales en
caso de poder llevar a cabo su aplicación, aportando así nuevos conocimientos en el área de
integración y análisis de procesos del Grupo IDAB y comunidad científica en general, local
y nacional al evaluar alternativas que posibiliten el aprovechamiento del elevado potencial
hídrico que poseen las regiones de Colombia favorecidas por su ubicación geográfica y que
permitan mitigar las problemáticas ambientales y sociales asociadas al bajo acceso y mala
calidad de los recursos de agua potable en regiones vulneradas.
19
3. MARCO REFERENCIAL
3.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL
El centro panamericano para ingenierías sanitarias y ciencias del medio (CEPIS) plantea el
desarrollo del sistema de recolección de agua pluvial identificando los siguientes aspectos
técnicos.
3.1.1 Información pluviométrica.
La elaboración de los sistemas de captación de agua lluvia, son posibles debido a la
información que se recolecta de las mediciones de precipitaciones medias en las zonas de
estudio o de influencias de proyectos de pluviometría, donde se cuentan con informacion de
mínimo 5 años de los historiales de lluvia. Con esta información, se puede realizar el cálculo
de los promedios mensuales de precipitación a través de la siguiente ecuación:
𝑃𝑝𝑚 = ∑𝑃𝑖
𝑛 𝐸𝑐. 1
Con los resultados conseguidos es posible identificar la disposición o no del agua, y la lluvia
suficiente para la implementación de sistemas de captación de agua pluvial.
Dónde:
𝑃𝑝𝑚: Precipitación promedio mensual de los años evaluados.
𝑛: Número de meses evaluados.
𝑃𝑖: Valor de precipitación del mes.
3.1.2 Oferta de agua en el mes (OAM).
La cantidad de la oferta de agua es uno de los aspectos técnicos que son calculados con el
promedio mensual de precipitaciones de los años evaluados, el área de captación y el
coeficiente de escorrentía.
20
𝑂𝐴𝑀 =𝑃𝑝𝑚 ∗ 𝐶𝑒 ∗ 𝐴𝐶
1000 𝐸𝑐. 2
Dónde:
𝑂𝐴𝑀: Oferta de agua en el mes (m3)
𝑃𝑝𝑚: Precipitación promedio mensual de todos los años evaluados (m3/m2)
𝐶𝑒: Coeficiente de escorrentía
𝐴𝐶: Área de captación (m2)
3.1.3 Coeficiente de escorrentía
El volumen de captación del agua lluvia del sistema depende del coeficiente de escorrentía
de los materiales con que está elaborado el área de captación. Este puede variar de 0,0 a 0,9,
dependiendo de las características de su granulometría, estructura, textura, grado de
compactación, pendiente y rugosidad. En la tabla 1 se encuentran los coeficientes de
escurrimiento (Ce) de los diferentes materiales en el área de captación.
Tabla 1. Coeficiente de escorrentía en diferentes superficies en el área de captación
Tipo de captación Ce (Coeficiente de
escorrentía)
Cubiertas superficiales
Concreto 0.6 – 0.8
Pavimento 0.5 – 0.6
Geo membrana de PVC 0.85 – 0.90
Azotea
Azulejos, teja 0.8 - 0.9
Hojas de metal acanaladas 0.7 - 0.9
Orgánicos ( hojas de barro) < 0.2
Captación en tierra
Suelo con pendientes menores al 10% 0.0 – 0.3
Superficies naturales rocosas 0.2 – 0.5
Fuente: (CIDECALLI-CP). México, 2007. p. 51-52.
De acuerdo con los lineamientos, muchos diseñadores de este tipo de sistemas asumen hasta
una pérdida del 20% de las precipitaciones anuales, principalmente por los materiales del
área de captación. (Abdulla-Al-Shareef, 2009).
21
Por esta consideración de perdida, es conveniente realizar un recalculo de la oferta mensual
de agua con el porcentaje de perdida considerado, tal cual como se indica en la siguiente
ecuación:
𝑂𝐴𝑀′ = 𝑂𝐴𝑀 − (𝑂𝐴𝑀 ∗0.2
12) 𝐸𝑐. 3
Donde:
𝑂𝐴𝑀′: Oferta de agua en el mes, teniendo en cuenta las pérdidas (m3).
3.1.4 Demanda de agua en el mes (DAM)
Según CEPIS la demanda de agua mensual se calcula teniendo en cuenta la dotación obtenida
por persona, el número de personas favorecidas y el número de días del mes:
𝐷𝐴𝑀 =(𝑁𝑢 ∗ 𝑁𝑑 ∗ 𝐷𝑜𝑡)
1000 𝐸𝑐. 4
𝑁𝑢: Número de usuarios que se benefician del sistema.
𝑁𝑑: Número de días del mes analizado
𝐷𝑜𝑡: Dotación (L/persona*día)
3.1.5 Índice de Riesgo de la Calidad del Agua (IRCA)
En el Decreto 1575 de 2007, establece el sistema para la protección y control de la calidad
del agua para consumo humano. En el Artículo 12 define el IRCA como el grado de riesgo
de ocurrencia de enfermedades relacionadas con el no cumplimiento de las características
físicas, químicas y microbiológicas del agua para consumo humano. En la Tabla 2 se clasifica
el nivel de riesgo de agua para consumo humano, que consiste en ponderar el puntaje de
riesgo asignado para cada una de las características obtenidas de los muestreos de agua.
22
Tabla 2. Clasificación del nivel de riesgo y acciones según IRCA por muestra e IRCA mensual
Clasificación
IRCA (%)
Nivel de
Riesgo
IRCA por muestra
(notificaciones que
adelantará la
autoridad sanitaria de
manera
inmediata)
IRCA mensual
(acciones para mejora de la
calidad)
80.1 - 100
INVIABLE
SANITARIAMENTE
Informar a la persona
prestadora, al COVE, Alcalde,
Gobernador, SSPD, MPS, INS,
MAVDT, Contraloría General y
Procuraduría General.
Agua no apta para consumo
humano, gestión directa de
acuerdo a su competencia de la
persona prestadora, alcaldes,
gobernadores y entidades del
orden nacional
35.1 - 80
ALTO
Informar a la persona
prestadora, COVE, Alcalde,
Gobernador y a la
SSPD.
Agua no apta para consumo
humano,
Gestión directa de acuerdo con
su competencia de la persona
prestadora y de los alcaldes y
gobernadores respectivos.
14.1 - 35
MEDIO
Informar a la persona
prestadora,
COVE, Alcalde y Gobernador
Agua no apta para consumo
humano,
Gestión directa de la persona
prestadora.
5.1 - 14
BAJO
Informar a la persona prestadora
y
al COVE.
Agua no apta para consumo
humano, susceptible de
mejoramiento.
0 - 5
SIN RIESGO
Continuar el control y la
vigilancia.
Agua apta para consumo
humano.
Continuar la vigilancia
Fuente: MPS y MAVDT, 2007.
Donde:
COVE: Comité de vigilancia epidemiológica
SSPD: Súper intendencia de servicios públicos domiciliarios
MPS: Ministerio de protección social
INS: Instituto nacional de salud
MAVDT: Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial.
3.1.6 Índice de calidad de aguas para la preservación de flora y fauna (ICAMPFF)
Es un indicador de estado que facilita la interpretación de las condiciones naturales y el
impacto antropogénico sobre el recurso hídrico marino. Este indicador, permite integrar la
información de variables (oxígeno disuelto, pH, nitratos, sólidos suspendidos, hidrocarburos
23
disueltos y dispersos, y Coliformes termo tolerantes) que representan según sus valores de
aceptación o rechazo una calidad o condición del agua para la preservación de la flora y fauna
como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Escalas de valoración del índice de calidad de aguas marinas y costeras (ICAMPFF)
Escala
calidad
Categorías Descripción Opciones de medidas a optar
Optima 100 -90 Calidad excelente del agua Continuar con el monitoreo
Adecuada 90-70 Agua con buenas condiciones para la
vida acuática
Caracterización, diagnóstico y
verificación
Aceptable 70-50 Agua que conserva buenas
condiciones y pocas restricciones de
uso
Monitoreo y evaluación
fisicoquímicos y tóxicos semestral
Inadecuada 50-25 Agua que presenta muchas
restricciones de uso
Monitoreo/ bioensayos/medidas de
control y vigilancia. Evaluación:
fisicoquímica y tóxicos, plan de
contingencia trimestral
Pésima 25-0 Aguas con muchas restricciones que
no permiten un uso adecuado
Monitoreo y seguimiento/ bioensayos/
evaluación: fisicoquímicos y tóxicos /
plan de contingencia / aplicación de
medidas de choques trimestral.
Fuente: (INVEMAR 2016)
3.1.7 Índice de riesgo municipal por abastecimiento de agua para consumo humano
(IRABA)
Este índice tiene por objeto asociar el riesgo a la salud humana causado por los sistemas de
abastecimiento y establecer los respectivos niveles de riesgo, tanto a nivel de la persona
prestadora (IRABApp) como a nivel de municipio (IRABAm), en donde se tiene en cuenta
la sumatoria de los índices de riesgo de todas las personas prestadoras del municipio, según
la resolución 2115 de 207 del Ministerio de Ambiente.
Para el cálculo del Índice de Riesgo Municipal por Abastecimiento de Agua IRABAm se
tendrán en cuenta los procesos de tratamiento, distribución y continuidad del servicio y se
realizará dando aplicación a la siguiente fórmula:
𝐼𝑅𝐴𝐵𝐴𝑚 = (∑ 𝐼𝑅𝐴𝐵𝐴𝑝𝑝
𝑡𝑝𝑝) ∗ (0.6) + (𝐼𝑅𝐷𝑚) ∗ (0.4) 𝐸𝑐. 5
24
Dónde:
m = Municipio.
𝑝𝑝 = Persona prestadora.
𝑡𝑝𝑝 = Total de personas prestadoras en el municipio que calcularon el 𝐼𝑅𝐴𝐵𝐴𝑝𝑝.
𝐼𝑅𝐴𝐵𝐴𝑝𝑝 = Índice de riesgo por abastecimiento de agua de la persona prestadora.
𝐼𝑅𝐷𝑚 = Índice de riesgo por distribución en el municipio. Es un indicador que tiene por
objeto determinar el riesgo en salud humana por la forma como se distribuye el agua en el
municipio. El máximo puntaje equivale a 100 puntos.
IRDm = 100-[(E1x%Red) + (E2x%Pilas) + (E3x%Carrotanque) + (E4xOtros) + (G * F)]
Los puntajes se asignarán al municipio con los siguientes criterios, donde:
% Red = Fracción porcentual del total de la población en el municipio que recibe agua para
consumo humano por medio de una red de distribución.
% Pilas = Fracción porcentual del total de la población en el municipio que recibe agua para
consumo humano por medio de pilas públicas.
% Carrotanques = Fracción porcentual del total de la población en el municipio que recibe
agua para consumo humano por medio de carrotanques.
% Otros = Fracción porcentual del total de la población en el municipio que recoge agua para
consumo humano directamente de pozos, lluvias, fuentes superficiales, garrafas, baldes, etc.
G = Número de total de conexiones domiciliarias/ Número de viviendas
F = Constante, valor de 10.
25
Puntajes asignados para calificar cada forma de distribución:
E1 = 90 puntos
E2 = 50 puntos
E3 = 10 puntos
E4 = 5 puntos
Para el cálculo del índice de riesgo por abastecimiento de agua por parte de la persona
prestadora (IRABApp), se tendrá en cuenta la siguiente fórmula:
𝐼𝑅𝐴𝐵𝐴𝑝𝑝 = 100 − (𝐼𝑇 + 𝐼𝐶) 𝐸𝑐. 6
Dónde:
IT = Índice de tratamiento: Es el puntaje que se asigna al evaluar los procesos de tratamiento,
ensayos básicos de laboratorio en planta de tratamiento y trabajadores certificados de la
persona prestadora. El máximo puntaje equivale a ochenta (80) puntos.
IC = Índice por continuidad: Es el puntaje que se asigna a la persona prestadora, con la
información de continuidad de su área de influencia. El máximo puntaje equivale a veinte
(20) puntos.
Teniendo en cuenta el promedio de los IRABApp e IRABAm, se define la siguiente
clasificación del nivel de riesgo a la salud humana, las acciones según el tratamiento, la
continuidad por parte de las personas prestadoras y la distribución a nivel municipal, esta
clasificación se muestra en la Tabla 4. Clasificación del nivel del riesgo en salud por
IRABApp e IRABAm, construida por los Ministerio de la protección social, Ministerio de
ambiente, vivienda y desarrollo territorial en su resolución 2115 de 2007.
26
Tabla 4. Clasificación del nivel del riesgo en salud por IRABAm
CLASIFICACIÓN
IRABA %
NIVEL DE
RIESGO DE LA
SALUD
ACCIONES
IRABApp IRABAm
70.1 -100
MUY ALTO
Requiere la formulación
inmediata de un plan de
cumplimiento a corto,
mediano y largo plazo por
parte de la persona
prestadora, bajo la
verificación de la SSPD
El Alcalde con el apoyo del
Gobernador, propondrá un
plan de cumplimiento a
corto, mediano y largo
plazo para disminuir el
índice de riesgo por
distribución, bajo la
verificación de las entidades
de control y la SSPD
40.1 - 70
ALTO
Requiere la formulación e
implementación de un plan
de acción a corto, mediano y
largo plazo, bajo la
verificación de la SSPD
El Alcalde con el apoyo del
Gobernador propondrá un
plan de acción a corto,
mediano y largo plazo, para
disminuir el índice de riesgo
por distribución, bajo la
verificación de las entidades
de control y la SSPD
25.1 - 40
MEDIO
La persona prestadora debe
disminuir, mediante gestión
directa, las deficiencias en el
tratamiento y continuidad del
servicio
El Alcalde propondrá y
ejecutará acciones
correctivas a mediano y
largo plazo, para disminuir
el índice de riesgo por
distribución
10.1 - 25
BAJO
La persona prestadora, debe
eliminar mediante gestión
directa las deficiencias en el
tratamiento y continuidad del
servicio
El Alcalde propondrá y
ejecutará acciones
correctivas para eliminar el
índice de riesgo por
distribución
0 - 10
SIN RIESGO
La persona prestadora
cumple con las disposiciones
legales vigentes en materia
de agua para consumo
humano. Continuar con la
prestación del servicio
El municipio cumple con
las disposiciones legales
vigentes en materia de agua
para consumo humano.
Continuar con la prestación
del servicio en toda el área
de su jurisdicción
Fuente: MPS y MAVDT, 2007.
27
3.1.8 Desalinización
La purificación de agua de mar se da en las plantas desalinizadoras o desaladoras. En sus
inicios, este proceso se realizaba por medio de la evaporación, el agua se calentaba hasta
evaporarse y posteriormente se condensaba para así obtener agua carente de sales. Sin
embargo, mediante este proceso se consumían grandes cantidades de energía, por lo que los
costes de agua obtenida resultaban bastante elevados. El elevado coste del agua obtenida por
medio de este proceso, motivó a los investigadores a buscar nuevos procesos de obtención
de agua (Contreras, 2012).
En la actualidad, debido a los últimos avances tecnológicos en los métodos de desalinización,
como maquinaria más competitiva y menos contaminante, está la introducción de la ósmosis
inversa, donde han conseguido disminuir considerablemente el consumo energético y por
tanto, el coste de agua desalinizada, lo que supone un verdadero impulso en el aumento de la
capacidad de producción. Los sistemas de desalación utilizados hasta ahora se suelen
clasificar en dos grandes grupos en razón del tipo de proceso de separación en que se basan.
Los dos grandes grupos son: los de sistemas de destilación y los físico-químicos. Estos dos
grupos se basan en técnicas de evaporación y en procesos químicos o de permeabilidad a
través de membranas (Mentís et al., 2016).
3.1.9 Procesos de Desalinización
A continuación, se relacionan algunas de las tecnologías utilizadas en la desalinización de
agua de mar.
• Destilación súbita por efecto flash (MSF)
El proceso de destilación súbita por efecto flash es el primer proceso de desalado por
destilación digno de mencionar. La desalación obtenida por destilación consiste en evaporar
agua para conseguir vapor que no contiene sales (éstas son volátiles a partir de 300º C): el
vapor se condensa posteriormente en el interior o exterior de los tubos de la instalación. Los
sistemas desaladores suelen funcionar por debajo de la presión atmosférica, por lo que
28
necesitan un sistema de vacío (bombas o eyectores), además de extracción del aire y gases
no condensables (Ibric, Ahmetovic & Kravanja, 2010).
• Destilación por múltiple efecto (MED).
Al contrario que en el proceso MSF por efecto flash, en la destilación por múltiple efecto
(MED) la evaporación se produce de forma natural en una cara de los tubos de un
intercambiador aprovechando el calor latente desprendido por la condensación del vapor en
la otra cara del mismo. Una planta MED (Multi-Effect Distillation) tiene varias etapas
conectadas en serie a diferentes presiones de operación, dichos efectos sucesivos tienen cada
vez un punto de ebullición más bajo por el efectos de dicha presión. Esto permite que el agua
de alimentación experimente múltiples ebulliciones, en los sucesivos efectos, sin necesidad
de recurrir a calor adicional a partir del primer efecto. El agua salada se transfiere luego al
efecto siguiente para sufrir una evaporación y el ciclo se repite, utilizando el vapor generado
en cada efecto. (Ramilo, Gomez de soler & Coppari, 2013)
• Destilación solar
Hay varias formas de producir agua dulce usando la energía solar. En este párrafo nos
ceñiremos a la destilación por colectores. El principio básico es el del efecto invernadero: el
sol calienta una cámara de aire a través de un cristal transparente, en cuyo fondo tenemos
agua salada en reposo. Dependiendo de la radiación solar y otros factores como la velocidad
del viento (que enfría el vidrio exterior), una fracción de esta agua salada se evapora y se
condensa en la cara interior del vidrio. Como dicho vidrio está colocado inclinado, las gotas
caen en un canal que va recogiendo dicho condensado evitando que vuelvan a caer en el
proceso de condensación a la lámina inferior de salmuera. (Valero et al., 2001)
• Destilación por membranas
Es un proceso combinado de evaporación y filtración. El agua salada bruta se calienta para
mejorar la producción de vapor, que se expone a una membrana que permite el paso de vapor
pero no del agua. Después de atravesar la membrana el vapor se condensa, sobre una
29
superficie más fría, para producir agua desalada. En estado líquido, esta agua no puede
retroceder atravesando la membrana por lo que es recogida y conducida hacia la salida.
Desgraciadamente, este proceso sólo ha sido desarrollado a nivel de laboratorio por varios
grupos de investigación científica (uno de ellos español, de la Universidad de Málaga; García
y Florido, 2000).
Osmosis inversa
La Osmosis es un proceso natural que ocurre en los tejidos de plantas y animales. Se
denomina osmosis inversa por el paso de las soluciones en sentido contrario a los procesos
osmóticos normales. En este proceso las soluciones menos concentradas se desplazan por
diferencia de energía potencial, hacia las más concentradas a través de una membrana
semipermeable que impide el paso de los solutos (sales). Por tanto, cuanto mayor sea la
salinidad del agua, mayor será su presión osmótica a superar (Isiordia, Enríquez &
Fernández, 2012).
3.1. 10 Captación de aguas pluviales.
La recolección de agua lluvia es un mecanismo que se ha implementado desde épocas
antiguas, que consiste en captar el agua lluvia teniendo en cuenta la climatología del sector.
La principal función de este sistema es la de almacenar el mayor volumen de agua producido
por las precipitaciones para posteriormente ser distribuida en diferentes necesidades básicas
de uso doméstico y/o agrícola (Campisano & Modica, 2014). La importancia de este tipo de
sistemas cada vez aumenta, especialmente donde el agua potabilizada resulta inaccesible y
las condiciones climáticas son favorables (Correa et al., 2017) como ocurre en el
departamento de Bolívar, donde gran parte de los municipios que lo integran presentan déficit
en el sistema de saneamiento básico y calidad del agua.
Como técnica de captación y aprovechamiento de agua de lluvia se entiende a la práctica,
obra o procedimiento técnico capaz de individualmente o combinadas con otras, aumentar la
disponibilidad de agua. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación
30
y la Agricultura (FAO) en el 2013, en su libro <<Captación y Almacenamiento de aguas
lluvias>>, existen seis grandes técnicas de captación de agua lluvia:
1. Micro captación
2. Macro captación
3. Derivación de manantiales y cursos de agua mediante bocatomas
4. Cosecha de agua de techos de vivienda y otras estructuras impermeables
5. captación de aguas subterráneas y freáticas
6. Captación de aguas atmosféricas (Nieblas). Esta última muy poco usada.
En definitiva, la captación de agua de lluvia es una tecnología mediante la cual se habilitan
cubiertas y áreas impermeables con el fin de captar el agua de lluvia, para posteriormente
conducirla a lugares donde pueda almacenarse (depósitos, cisternas) y finalmente darle un
uso (humano, agrícola o pecuario). El agua de lluvia puede captarse tanto de flujos de techos
como de escorrentía superficial intermitente o efímeras. Además, puede adoptarse
provechosamente tanto en regiones áridas y semiáridas como en regiones sub húmedas,
donde las crecientes competencias entre sectores por los recursos hídricos incrementan el uso
de técnicas alternativas, que contribuyen a reducir los efectos de las fluctuaciones de la lluvia
sobre la producción de cultivos y la disponibilidad de agua. La planificación y gestión del
agua de lluvia puede también reducir riesgos, prevenir daños a la salud y mitigar desastres
(Ricardo, 2017).
3.1.11 Procesos de captación de agua lluvia
continuación, se describen 4 de los 6 procesos mencionadas anteriormente
• Micro y Macro captación o captación in situ
La captación in situ consiste en obtener la escorrentía superficial generada dentro de zonas
lindantes a las áreas de cultivo para el aprovechamiento de los mismos, donde se usan las
propiedades hidrológicas de un área con pendiente, lisa, poco permeable y sin vegetación,
para que genere escorrentía superficial, y las de otra área contigua y aguas abajo, con surcos,
bordos, camellones u hoyos, para captar la escorrentía y abastecer el suelo y los cultivos allí
31
sembrados. Por otra parte, se puede considerar como técnica de macro captación la derivación
de fuentes de agua externas al área de cultivo, como torrentes, avenidas y cuencas, mediante
bocatomas. La mayor parte de las macro captaciones se utilizan en regiones semiáridas o
áridas, aunque algunas captaciones externas se aplican también en regiones subhúmedas
(FAO, 2013).
• Cosecha de agua en techos de vivienda y otras estructuras impermeables
Esta es una metodología muy común para la captación y aprovechamiento de agua de lluvia.
Consiste en captar la escorrentía producida en superficies impermeables o poco permeables,
tales como techos de viviendas y establos, patios de tierra batida, superficies rocosas,
hormigón, mampostería o plástico, permitiendo obtener el agua de mejor calidad para
consumo doméstico (FAO, 2013).
• Derivación de manantiales y cursos de agua mediante bocatomas
Generalmente no es considerada como un método de captación pluvial, sin embargo, las
técnicas de derivación de manantiales y cursos de agua establecidos (nacientes, arroyos,
embalses) históricamente han demostrado utilidad para contrarrestar el déficit hídrico en
determinadas zonas. Su utilización puede tener diferentes finalidades, desde riego,
abrevadero y hasta consumo doméstico (FAO, 2013).
3.1.12 Modelos matemáticos
Con respectos a los modelos matemáticos la bibliografía hace referencia a tipos de modelos
de optimización propuesto para la distribución óptima del agua en una determinada región
incluyendo balances de agua por precipitación, balances de agua para usuarios domésticos,
agrícolas e industriales, tanques de almacenamiento existentes y nuevos, balances de masa
en centrales eléctricas inexistentes y plantas desalinizadoras existentes, relaciones para
calcular los costos de operación para las plantas existentes de energía y nuevas plantas de
desalinización de potencia (Del Carmen Munguía, González & Ponce, 2019).
32
Para la presente investigación se utilizó un modelo de optimización basado en la metodología
de flujo máximo con mínimo costo.
• Optimización de redes por flujo máximo a costo mínimo
La optimización de redes de flujo con costo mínimo tiene una posición relevante entre los
problemas de optimización de redes. Abarca una clase amplia de aplicaciones y su solución
es eficiente. Esta metodología de optimización considera los flujos en una red con
capacidades limitadas en sus trayectorias o denominados arcos. Igual que otros modelos de
optimización, considera un costo (o distancia) para el flujo a través de un arco, pero puede
manejar varios orígenes (nodos fuente) y varios destinos (nodos demandas/finales) para el
flujo, de nuevo con costos asociados.
3.2 ANTECEDENTES
El agua se destaca como elemento principal para la existencia de la vida y las actividades de
supervivencia y adecuación de la calidad de vida del ser humano, como el desarrollo
industrial, la producción agrícola y ganadera, entre otros; se constituye por igual como factor
determinante para impulsar la economía de un país, sin embargo, en la actualidad
problemáticas asociadas al consumismo y a la proliferación de la tasa de natalidad en algunos
sectores del mundo, han venido aumentando el déficit del vital elemento y con ello el origen
de grandes esfuerzos para abastecer de agua a todos, incluyendo a los sectores productivos,
por ello la preocupación mundial por la escasez de agua es inobjetable (Dévora, González &
Ruiz, 2013) y la necesidad de buscar mecanismos que permiten contribuir al suministro
mundial de agua potable es de carácter obligatorio, por ello se han presentado diferentes
estudios sobre metodologías de desalinización de agua de mar y estudios sobre captación de
aguas pluviales.
El estudio de procesos de desalinización ha venido siendo objeto de estudio desde hace más
de dos mil años, donde ha estipulado por algunos investigadores filósofos que los usos de la
desalinización solar provienen de la antigua Grecia, donde hay evidencia de que se utilizó la
energía solar para producir agua potable a partir del agua marina (Trujillo, 2011). En general,
33
el desarrollo de estos procesos de separación de sal de agua siempre ha supuesto un gran reto
con el objetivo de aprovechar sin límite sus inmensas reservas.
Indagando sobre la historia de estos procesos, se encontró que a principios del siglo XIX se
colocó en puesta la primera planta de destilación solar en Suramérica, justamente en una
explotación minera de Chile. Su rendimiento era ínfimo (20 m3 producidos en una extensión
de 4.000 m2), pero constituyo la primera metodología para la obtención de agua dulce para
ser suministrada a la población minera en aquel lugar. Posteriormente la primera mitad del
siglo XX, con la llegada de la revolución industrial y su impacto a nivel mundial, existió un
total dominio por las tecnologías de evaporación, y se incidió principalmente en el diseño de
nuevos tipos de intercambiadores más eficientes y compactos que producían cada vez más
agua dulce con el menor consumo. Sin embargo, la dependencia energética primaria de este
tipo de plantas y su alto consumo motivó la búsqueda de otras alternativas en el mundo de la
desalación, como las membranas.
A mediados de la presente década, una investigación desarrollada en Bilbao-España, estudio
el proceso de desalación de agua de mar mediante un sistema de osmosis inversa de muy alta
conversión en tres etapas con recirculación de permeado y doble sistema de recuperación de
energía. El proceso estuvo enfocado en la utilización de tres tipos de membranas de última
generación configuradas en condiciones de operación diferentes, con una recirculación de
permeado que permite reducir la presión osmótica del agua de mar a la entrada del proceso.
Analizando el consumo energético, el proceso estuvo diseñado con dos equipos de
recuperación de energía independientes, con tecnologías también distintas. Los resultados
obtenidos demostraron que en un intervalo de salinidades entre 30.000 y 40.000 mg/l, y
temperaturas entre 10 y 30ºC, este proceso trabajando con una conversión superior al 60%
logra una calidad de agua tratada con unos valores de sólidos disueltos totales, cloruros, sodio
y boro inferiores a los máximos permitidos por las normas y recomendaciones de la OMS
(García, 2016).
Por otra parte, en muchas partes del mundo, específicamente en zonas rurales, donde no se
tiene acceso a sistemas de suministro de agua potable como acueductos veredales o
34
municipales, hay familias que continúan obteniendo el recurso hídrico por toma directa, esto
quiere decir que es tomado directamente de cuerpos de agua por medio vasijas o conduciendo
el agua por manguera o por medio de zanjas artificiales; ésta agua, sí bien suple las
necesidades básicas, pero no es tratada lo cual no garantiza ser apta para el consumo humano
y por lo regular llega contaminada; en otros casos es comprada a altos costos ya que es
conducida en carro tanques que esto es un valor agregado, pero estos no siempre tienen los
estándares de calidad para transportar el agua potable lo que hace que no sea confiable a la
hora de ser consumida (Reyes y Rubio, 2014). Todas estas metodologías de captación pueden
ser suplidas con la captación de agua lluvias en techo para fines domésticos, representando
un aporte económico a la población afectada.
Con respecto a la captación de agua lluvia, entendiendo que la captación de aguas de lluvias
es una metodología que se viene realizando desde hace muchos años con el objetivo de suplir
las necesidades básicas, pero que ha sido una práctica sustituida por sistemas de suministro
de agua que prestan las empresas de servicios Públicos, cuyo principio es el mismo, captar
aguas de fuentes con riqueza hidrológica para luego ser transportada por medio de redes
municipales a los centros urbanos y de ahí a los puntos de consumo en cada uno de los
hogares, industrias, instituciones que demandan el líquido vital Santana Romero, Pinzón
Parra, y Salazar Fuentes en 2016, realizaron una investigación enfocada a un sistema de
recolección - bombeo y distribución de aguas lluvias por medio de un sistema eólico de
generación de energía que permita bombear estas aguas captadas en techo para ser aplicada
en diferentes usos (Santana, Pinzón y Salazar, 2016).
Con el “boom” ambiental, se ha querido regresar al sistema inicial de captar agua en los sitios
de consumo, lo que redunda en menores costos tanto en la captación, en el transporte e incluso
en el tratamiento del agua; como alternativa se ha planteado en muchas edificaciones el
aprovechamiento de las aguas lluvias que se recogen en las cubiertas de las construcciones,
y lo que hace un tiempo solo se aplicaba en pequeñas casas rurales, es cada vez más común
en edificaciones de gran tamaño incluso de usos institucionales, comerciales o industriales,
con consumos a gran escala (Espinal, Ocampo y Rojas, 2014). Estas edificaciones, además
de reducir sus costos en materia de consumo pagado a las empresas de acueducto, hacen un
35
aporte al medio ambiente reduciendo el uso de agua de fuente de abastecimiento de los
sistemas municipales, incluso ahora muchos de ellos reciben el nombre de construcciones
sostenibles (Ayala, A., 2016).
3.3 ESTADO DEL ARTE
La investigación sobre cómo mejorar la gestión del agua en todo el mundo ha venido
aumentado significativamente debido a los problemas de escasez de agua que se plantean en
varias regiones del mundo, mediante el reciclaje del agua, la reutilización y la regeneración.
Un caso importante es el sector industrial, donde varias fuentes de agua se pueden reciclar
para reducir el consumo de agua dulce (reduciendo así también la cantidad de aguas
residuales descargadas en el medio ambiente). En este contexto, Gouws y colaboradores en
2015 presentaron una revisión para la minimización del agua industrial que involucra
procesos por lotes. Jezowski en 2010 presentó otra revisión sobre las redes de agua
industriales usando técnicas de programación gráfica y matemática. Además, para el año
2012 se presentaron un procedimiento combinatorio de optimización con múltiples
restricciones para el tratamiento de efluentes industriales. Ibric y colaboradores en 2010
implementaron un estudio para redes de agua industriales para diferentes complejidades, que
van desde simples redes de agua hasta redes combinadas de agua, tratamiento de aguas
residuales e intercambiadores de calor.
Otros estudios se han centrado en el desarrollo de metodologías para el uso óptimo del agua
considerando el efecto de las aguas residuales descargadas de las industrias. En este contexto,
Boix y colaboradores en 2012 propusieron una estrategia de optimización multiobjetiva
formulada como un problema de programación lineal de números enteros mixtos (MILP)
para el diseño de una red de agua industrial que minimiza la cantidad de agua dulce, agua
regenerada y número de conexiones de red en un parque eco-industrial. Alnouri y
colaboradores en 2014 presentaron un enfoque de optimización para el diseño de redes de
agua inter plantadas con diseño de tuberías; Además, Burgara y colaboradores en 2012
propusieron un enfoque de programación matemática para tener en cuenta el efecto de las
descargas de aguas residuales industriales sobre el ambiente circundante durante la síntesis
36
de redes de agua industriales, y luego Burgara y colaboradores en 2013 incorporaron
variaciones estacionales en este modelo. Por otra parte, Lira en 2011 la información sobre un
enfoque para determinar el impacto ambiental de las descargas de aguas residuales
industriales que incorporaron restricciones basadas en propiedades e incluyeron diferentes
opciones para tratamiento de aguas residuales. Además, Martínez y colaboradores en 2013
incorporaron aspectos de seguridad a las descargas de aguas residuales industriales durante
la síntesis de redes de agua industriales.
A pesar que Colombia es un país bañado por 2 mares, la desalinización como técnica para
potabilización de agua no ha sido explotada en este país, por ello el diseño propuesto en esta
investigación es novedoso, partiendo que no hay estudio a nivel internacional y mucho menos
nacional y local donde se integren sistemas de agua potable y agua de lluvia a un sistema de
desalinización. El estudio más similar se desarrolló en México, donde se propuso una
formulación de optimización para la síntesis de redes de agua para satisfacer las demandas
de agua y energía en un sistema macroscópico que implica el uso de los recursos hídricos
existentes y la instalación de plantas integradas de desalación de agua de mar (González,
Nápoles, Ponce y El Halwagi, 2015), a diferencia del presente estudio donde solo se plantea
el uso de una sola planta de desalinización que funcione como centro de distribución para la
red de integración planteada.
Los resultados de la investigación hecha en México, muestran que el sistema integrado es
capaz de satisfacer las demandas actuales de agua y el exceso de agua desalinizada puede
utilizarse para recargar los acuíferos sobreexplotados y se pueden obtener beneficios
interesantes de las ventas de energía. Sin embargo, el presente trabajo propuso como apoyo
a la red los sistemas de distribución de agua por carro tanques para las zonas de mayor
demanda y a diferencia del estudio realizado en México, plantea una producción de agua
desalinizada dependiendo de las demandas mensuales que serán determinadas a partir de la
disponibilidad de lluvias en los departamentos estudiados, lo que indica que no habrá excesos
de agua desalinizada.
37
Otro artículo propone un modelo de optimización multi-objetivo para el diseño de un sistema
de agua macroscópico de una ciudad mexicana que resuelva simultáneamente la planificación
y programación de las tareas de almacenamiento y distribución de agua. El modelo, que
considera la recolección del agua de lluvia y la recuperación del agua como fuentes
alternativas de agua, maximiza los ingresos de las ventas de agua y minimiza al mismo
tiempo el consumo de agua y el uso del suelo. Se resolvió un estudio de caso basado en la
ciudad de Morelia en México (Rojas y colaboradores, 2015).
En Colombia, por las zonas tropicales el agua lluvia se ve en abundancia y se ve como se
busca aprovechar en algunas regiones estos fenómenos, una inclusión en normas y
parámetros de diseño de sistemas sostenibles en la construcción de edificaciones puede
generar un incremento sustancial en el aprovechamiento de aguas lluvias para el
abastecimiento de viviendas, ya sea con usos sanitarios o riego, o para redes contra incendios,
esta fue una investigación para la Especialización en Construcciones sostenible del Colegio
Mayor de Antioquia titulada: Importancia de incluir las aguas lluvias como abastecimiento
de redes hidrosanitarias, en las normas y documentos de estudio y diseño del país (Correa,
2013).
En un ámbito internacional se ha venido estudiando la posibilidad de implementar sistemas
de extracción direccional de solventes (DSE). Este modelo fue recientemente demostrado
como una técnica prometedora para reducir el costo de desalinización al eliminar la necesidad
de membranas y utilizar fuentes de energía de baja temperatura de energía solar o calor
residual. El artículo presentado por Luo y colaboradores en 2018, expone la viabilidad técnica
de una desalinización continua de agua DSE en proceso usando ácido decanoico y octanoico
como solventes direccionales (DS). Es una nueva tecnología de desalinización alternativa a
la evaporación tradicional y procesos de desalinización a base de membranas.
38
4. METODOLOGIA
4.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Se llevó a cabo una investigación teórica, descriptiva computacional, donde el diseño
metodológico no experimental constó de un estudio de los fundamentos de un sistema de
captación de aguas lluvias y desalinización de agua de mar para consumo humano; la revisión
de la información referente a la pluviosidad de la zona de estudio, su ubicación geográfica,
la población, la información sobre acueducto y saneamiento básico, un análisis del ahorro
económico y una futura integración con las redes de agua potable existentes, para cumplir
con los objetivos y dar solución a la problemática planteada.
4.2 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
4.2.1. Fuentes de información primaria
La información primaria con la que se llevó a cabo esta investigación provino de fuentes
bibliográficas. Los resultados brindados por el modelo de optimización desarrollado con base
en otras investigaciones consultadas e informes detallan los análisis de precipitación y físico-
químicos del agua lluvia y agua de mar; así como también la experiencia de los asesores de
la investigación.
4.2.2 Fuentes de información secundaria
Se tuvo en cuenta información reportada en fuentes bibliográficas obtenidas de las bases de
datos de la Universidad de Cartagena como: Science Direct, Scielo y EBSCO host sobre
literatura específicas sobre tecnologías en desalinización donde se abarcaron los dos tipos de
tecnologías: una en procesos industriales de desalación de agua de mar por destilación y otra
por procesos industriales de desalación de agua de mar con membranas en artículos
científicos. Se siguió el Reglamento Técnico de Saneamiento de Colombia RAS2000 y se
consultó al IDEAM sobre la pluviosidad en la región, además a CARDIQUE sobre análisis
de laboratorios realizados a los diferentes tipos de agua a captar.
39
4.3 VARIABLES DE PROCESO
Fue pertinente atender a la caracterización del estudio estableciendo las variables
consideradas en la presente investigación, con el fin de describir relaciones entre ellas que
posibilitaron la comprobación o refutación de las hipótesis planteadas.
4.3.1 Variables independientes
Como variables independientes en la presente investigación se tuvieron en cuenta las
tecnologías de desalinización evaluadas y los costos de las tecnologías, el informe de
precipitación de agua lluvia y ubicación óptima de los sistemas de tratamiento.
4.3.2 Variables dependientes
Como variables dependientes de esta investigación se tendrán en cuenta los municipios
seleccionados.
4.3.3 Variables intervinientes
La meteorología del ambiente fue la propiedad o característica considerada como variable
interviniente en la investigación, ya que puede influenciar los resultados del estudio y está
relacionada con la variable dependiente y con las variables independientes
Las variables intervinientes, aunque pueden influenciar el resultado de las variables
dependientes, se mantendrán en valores constantes para estudiar el efecto de las variables
independientes mencionadas.
40
La Tabla 5, evidencia una síntesis de las variables operativas.
Tabla 5. Variables operativas
Fuente: Elaboración propia
4.4 PROCEDIMIENTO
Teniendo en cuenta los objetivos específicos planteados en esta investigación para desarrollar
un modelo de optimización para el diseño de redes de agua integrando procesos de
desalinización y recolección de agua lluvia con potencial para el suministro de agua potable
en zonas críticas del departamento de Bolívar mediante metodologías de integración y
optimización de procesos, se siguió el procedimiento que a continuación se describe:
4.4.1 Análisis de la precipitación de agua lluvia en el departamento de Bolívar.
Se solicitó al Instituto de Hidrología y Estudios Ambientales IDEAM, los reportes de
estación meteorológicas ubicadas en los municipios del departamento de Bolívar de los
últimos 50 años referentes a la precipitación y se examinaron. Se estableció que solo se usaría
la información de los últimos 5 años ya que, era en el único periodo donde se encontrabas
Tipo de variable Variables Descripción Unidades
Independiente Costo de las Tecnologías
de desalinización
El informe de
precipitación de agua
lluvia
Región de estudio
Procesos de
desalinización utilizados
Cantidad de agua que cae
en un área determinada
Territorio claramente
definido, donde se ubica
una población de interés
$
L/m2
Hab/m2
Dependiente
Ubicación optima
Zona donde se ubicarán
los sistemas de
tratamiento
Interviniente
Temperatura Ambiente
Temperatura a la que está
el ambiente de acuerdo a
las condiciones
climáticas del día
C
41
todos los datos. Se clasificó la intensidad de la lluvia según la cantidad registrada en una
hora, de tal modo que se pudo identificar los sectores con lluvia débil, moderada o fuerte, e
incluso lluvia inapreciable, muy débil, muy fuerte o torrencial. Por ejemplo, la lluvia muy
fuerte esta entre 30.1 mm hasta 60 mm, registrados en una hora. La clasificación de
precipitación se realizó con base en lo reportado en la Tabla 6. Se proyectaron los niveles de
precipitación en la región bajo estudio, mediante conversiones y análisis estadístico
calculando la media de la cantidad de agua lluvia registrada en un mes y año específico.( Ver
anexo E)
Tabla 6. Clasificación de la intensidad de las lluvias
Intensidad lluvias Acumulación en 1 hora
DÉBIL Menos de 2mm
MODERADA Entre 2.1 y 15 mm
FUERTE Entre 15 y 30 mm
MUY FUERTE Entre 30 y 60 mm
TORRENCIAL Más de 60 mm
Fuente: Instituto Nacional de Meteorología de España
4.4.2 Perfil de saneamiento básico e índice de calidad del agua
Se elaboró un perfil de saneamiento básico e índices de calidad del agua en los diferentes
municipios del Departamento de Bolívar para seleccionar la zona con mayor potencial de
implementación de un sistema de red integrado para agua potable. En la elaboración de este
perfil, se tuvieron en cuenta varios parámetros como:
• Sistema de acueducto actual
• Sistema de alcantarillado actual
• Índice IRCA
• Índice IRABA
Algunos de estos aspectos técnicos fueron calculados mediante ecuaciones descritas
anteriormente en la sección 3. Por otra parte, la información correspondiente a la cobertura
y saneamiento básico provino de la secretaria general de AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P.
42
Es importante recordar que el saneamiento básico es la tecnología de más bajo costo que
permite eliminar higiénicamente las excretas y aguas residuales y tener un medio ambiente
limpio y sano tanto en la vivienda como en las proximidades de los usuarios. El acceso al
saneamiento básico comprende seguridad y privacidad en el uso de estos servicios. La
cobertura se refiere al porcentaje de personas que utilizan mejores servicios de saneamiento,
a saber: conexión a alcantarillas públicas; conexión a sistemas sépticos; letrina de sifón;
letrina de pozo sencilla; letrina de pozo con ventilación mejorada. Con base en el análisis del
perfil de saneamiento básico e índice de calidad de agua se identificaron los sectores
regionales con mayor requerimiento de suministro de agua potable y tratamiento para
consumo.
4.4.3 Selección de tecnologías de captación de agua lluvia
Con base en la zona de estudio identificada, se seleccionaron las tecnologías a utilizar para
recolección y adecuación de agua lluvia, teniendo en cuenta criterios técnicos y económicos
para la aplicación en redes integradas; además se tuvieron en cuenta:
• La literatura especifica relacionada con características técnicas y de implementación
de las tecnologías bajo estudio
• El costo de la tecnología a utilizar, esta se tomó de la bibliografía consultada
• La ubicación geográfica de las zonas de estudio
• El perfil de saneamiento básico realizado a partir de información de la oficina de
AGUAS de Bolivar
A partir del análisis, se realizó la selección de las tecnologías que pueden ser incorporadas a
las redes de aguas para complementar el sistema de suministro actual en el departamento de
Bolívar.
4.4.4 Selección de tecnologías de Desalinización de agua de mar
Para la selección de la Tecnología de desalinización se incluyeron los criterios técnicos y
económicos para la aplicación en redes integradas; además otros criterios como:
• La ubicación geográfica de las zonas de estudio.
43
• La concentración de sal del agua a tratar.
• La literatura especifica relacionada con características técnicas y de implementación
de las tecnologías bajo estudio.
• El costo de la tecnología a utilizar y el perfil de saneamiento básico realizado.
4.4.5 Formulación del modelo de optimización
Una vez que se seleccionó la región de interés, su caracterización en términos de
precipitación y necesidades de saneamiento básico y las tecnologías apropiadas para su
implementación en la zona norte de Colombia; se diseñó un sistema de redes de agua que
contempló el uso de agua lluvia y agua desalinizada para la elección e implementación de los
sistemas de distribución en la zona de estudio basado en optimización de procesos. El
diagrama utilizado por Del Carmen Munguía, González & Ponce que se presenta en la Figura
1, sirvió de base de esta investigación teniendo en cuenta que solo se utilizaron agua lluvia,
agua potable existente en la zona y la instalación de una sola planta de desalinización de agua
de mar, como inicio de la red de sistema de agua integrada, que muestra su estructura propia
para esta investigación en la sección de resultados.
Figura 1. Superestructura para distribución de agua a nivel macroscópico
Fuente: Del Carmen Munguía, González & Ponce (2019).
44
Con base en el diagrama desarrollado se evaluó teniendo como caso de estudio el escenario
del departamento de Bolívar, el planteamiento de soluciones para la implementación de redes
de agua que permitan una mayor cobertura en el suministro y consumo de agua potable a
nivel regional.
45
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES
5.1 Perfil de saneamiento básico
Aunque son evidentes aún las necesidades que, en materia de acceso a agua potable,
alcantarillado, recolección de residuos sólidos, etc., padecen muchas poblaciones del
departamento de Bolívar y es insuficiente las acciones actualmente desarrolladas por los
gobiernos para suplir las necesidades presentadas en cada municipio, es importante el avance
en la construcción de nuevos acueductos y ampliación de cobertura en Bolívar.
La Tabla 7 muestra la cobertura de servicios en el departamento de Bolívar a marzo de 2019,
información suministradas por AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P, empresa encargada del
Saneamiento Básico en el Departamento de bolívar.
Tabla 7. Indicadores de cobertura por servicios en el Departamento de Bolívar.
NOMBRE
INDICADOR LÍNEA BASE 2016 AVANCE A 2018 META 2019
COBERTURA AGUA
POTABLE CABECERA
MUNICIPAL
85% 94% Aumentar a 100%
COBERTURA AGUA
POTABLE ZONA RURAL 35% 42.5% Aumentar a 50%
COBERTURA
ALCANTARILLADO
CABECERA MUNICIPAL
20% 20% Aumentar a 35%
CALIDAD DE AGUA 36 municipios apoyados
IRCA: 33%
40 municipios
apoyados
IRCA: 20,6%
45 municipios
apoyados
Disminuir IRCA a 5%
PROMEDIO CONTINUIDAD
DEL SERVICIO 13 h/día 15 h/día
Aumentar promedio
a 18 h/día
Fuente: AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P. (2019)
Se puede apreciar que en las cabeceras municipales la meta de cobertura de agua potable para
2019 es de 100%, siendo el doble de la meta con respecto a la cobertura de este mismo
servicio en las zonas rurales del departamento, que mínimamente llegan al 50% de la
población rural. Sobre el alcantarillado se aprecia en la tabla que entre 2016 y 2018 no se
46
realizó ningún aumento de cobertura en las cabeceras municipales. Debido a esto se pretendió
con algunos proyectos aumentar a 35% a final del 2019.
La calidad del agua potable que se consume en las cabeceras municipales del departamento
de Bolívar, ha tenido una reducción del Índice de Riesgo de Calidad de Agua (IRCA). Debido
al apoyo obtenido en algunos municipios se logró disminuir este Índice de 33% en el 2016 a
20.6% en 2018, con una meta ambiciosa de reducirlo a un Índice de riesgo bajo con 5% de
IRCA, haciendo la salvedad de que esta tabla no incluye a Cartagena de Indias, capital del
departamento de Bolívar. Según AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P., en el año 2012, la
cobertura promedio del servicio de agua potable en cabeceras municipales del departamento,
sin incluir a Cartagena era de 38%. A partir de 2013 ese indicador aumentó sustancialmente
hasta llegar a 80% en 2015, gracias a la construcción de nuevos sistemas de acueductos en
los municipios de Arroyo Hondo, San Juan-Fase 1, Arjona- Turbaco fase 1 y 2, San Pablo,
El Guamo, Córdoba, Talaigua Nuevo, Cicuco, Rio Viejo, Simití, Regidor, Achí, Pinillos,
Arenal del Sur y El Carmen de Bolívar, y a 94% en diciembre de 2018 con la entrega de los
acueductos de Magangué, Santa Rosa del Sur, San Cristóbal, San Jacinto del Cauca y el
regional a Línea (Villanueva, Santa Rosa de Lima, San Estanislao y Soplaviento).
Los datos exactos de la cobertura de agua potable en las cabeceras municipales del
Departamento de Bolívar sin incluir a Cartagena de Indias se muestran en el ANEXO A.
El promedio ponderado por peso poblacional en el 2018 es del 94% para los Municipios del
departamento de Bolívar sin incluir al Distrito Capital. Para Cartagena de Indias la cobertura
según el informe de “Cartagena como vamos” se muestra en la Tabla 8.
Tabla 8. Cobertura de agua potable en Cartagena de indias
Municipio 2016 2017 2018 Pob. cabecera
Cartagena de Indias 98.4% 99% 99.1% 994.690
Fuente: Cartagena como vamos; diciembre de 2018
Con toda esta información se realizó un mapa donde se muestra por medios de escala de
colores el comportamiento de la cobertura de agua potable en el departamento de Bolívar.
47
Figura 2. Mapa de cobertura de agua potable por municipio en el departamento de Bolívar
Fuente: Propia
48
En la Figura 2, nos da a conocer el porcentaje de cobertura según el color siendo los
municipios con color verde los de mayor cobertura, el amarillo para una cobertura intermedia,
y por último el naranja y el rojo representa una baja cobertura del servicio. La Tabla del
anexo B refleja la nomenclatura adoptada para cada municipio.
En la zona rural del departamento el avance ha sido menor (avance de 35% a 42,5% en
cobertura) pero son varios los corregimientos y veredas que hoy cuentan con nuevos sistemas
de abastecimiento de agua potable, construidos o rehabilitados por el PDA Bolívar en los
últimos tres años: Cascajal y Ceibal (Magangué) Las Piedras (San Estanislao) Macayepo (El
Carmen) Paiva y Chiricoco (Santa Rosa de Lima) Cañaveral (Turbaco) Doña Juana
(Margarita) Tacamocho (Córdoba) y en pocos días en Galera zamba (Santa Catalina) y Hato
viejo (Calamar). (AGUAS DE BOLIVAR; 2019).
La continuidad del servicio de agua potable se rige por la Resolución Conjunta 2115 del
2007, expedida en conjunto por los antiguos Ministerios de Protección Social y Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial, la cual tiene como base la prestación del servicio las 24
horas al día, con lo que se obtiene un valor real sobre la relación de continuidad en los
diferentes municipios. En efecto, se clasifica de acuerdo con el número promedio de horas
suministradas al día, como se relaciona en la Tabla 9.
Tabla 9. Índice de continuidad del servidor que suministra y distribuye agua para consumo humano.
Horas/día Tipo de servicio Puntaje
0 -10 Insuficiente 0
10.1 - 18 No satisfactorio 10
18.1 - 23 Suficiente 15
23.1 - 24 Continuo 20
Fuente: Resolución 2115 del 2007; Ministerios de Protección Social y Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial.
A Diciembre de 2018 solo 3 municipios de 46 del total del Departamento tenían
continuidad las 24 horas/días del servicio de agua potables equivalente esto al 6.5% del
total.
49
Figura 3. Porcentaje de continuidad del servicio de agua en el departamento de Bolívar
Fuente: Propia
Para los municipios del departamento de Bolívar especialmente sus cabeceras municipales y
la capital del departamento, el promedio de continuidad del servicio de acueducto se refleja
en la Tabla 10 para diciembre de 2018, donde se incluye la ponderación de la Resolución
2115 de 2007, y se desglosa la información de la Figura 3 referente a la continuidad del
servicio de agua potable.
50
Tabla 10. Promedio continuidad del servicio de acueducto por municipio
Fuente: AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P. marzo de 2019 – Propia
MUNICIPIO HORAS/DIA
2018
% SOBRE 24
HORAS
Tipo de servicio
ACHÍ 15 63% No Satisfactorio
ALTOS DEL ROSARIO 12 50% No Satisfactorio
ARENAL 18 75% No Satisfactorio
ARJONA 20 83% Suficiente
ARROYOHONDO 18 75% No Satisfactorio
BARRANCO DE LOBA 9 38% Insuficiente CALAMAR 18 75% No Satisfactorio
CANTAGALLO 16 67% No Satisfactorio
CARTAGENA DE INDIAS 24 100% Continuo
CICUCO 18 75% No Satisfactorio CLEMENCIA 12 50% No Satisfactorio
CÓRDOBA 15 63% No Satisfactorio
EL CARMEN DE
BOLÍVAR
24 100% Continuo
EL GUAMO 15 63% No Satisfactorio
EL PEÑÓN 11 46% No Satisfactorio
HATILLO DE LOBA 6 25% Insuficiente
MAGANGUÉ 18 75% No Satisfactorio
MAHATES 10 42% Insuficiente MARGARITA 12 50% No Satisfactorio
MARÍA LA BAJA 18 75% No Satisfactorio
MOMPÓS 12 50% No Satisfactorio
MONTECRISTO 12 50% No Satisfactorio
MORALES 12 50% No Satisfactorio
NOROSÍ 6 25% Insuficiente
PINILLOS 12 50% No Satisfactorio
REGIDOR 20 83% Suficiente
RÍO VIEJO 20 83% Suficiente
SAN CRISTÓBAL 15 63% No Satisfactorio
SAN ESTANISLAO 15 63% No Satisfactorio
SAN FERNANDO 10 42% Insuficiente
SAN JACINTO 5 21% Insuficiente
SAN JACINTO C. 18 75% No Satisfactorio
SAN JUAN N. 18 75% No Satisfactorio
SAN MARTÍN DE LOBA 16 67% No Satisfactorio
SAN PABLO 24 100% Continuo
SANTA CATALINA 12 50% No Satisfactorio
SANTA ROSA 12 50% No Satisfactorio SANTA ROSA DEL SUR 18 75% No Satisfactorio
SIMITÍ 15 63% No Satisfactorio
SOPLAVIENTO 12 50% No Satisfactorio
TALAIGUA NUEVO 18 75% No Satisfactorio
TIQUISIO 12 50% No Satisfactorio TURBACO 18 75% No Satisfactorio
TURBANA 12 50% No Satisfactorio
VILLANUEVA 15 63% No Satisfactorio
ZAMBRANO 16 67% No Satisfactorio
PROMEDIO CONTINUIDAD
DEL SERVICIO (HORAS/DÍA)
15 62%
51
En materia de saneamiento básico, la cobertura del servicio de alcantarillado se mantiene en
un 35% al finalizar el año 2019 con la entrega de los alcantarillados en los municipios de El
Carmen de Bolívar, Arroyo hondo, San Cristóbal, Calamar-Fase 1, Córdoba y Mompox
(proyecto Findeter, 2018).
La Figura 4, expone la tendencia de la cobertura de alcantarillado para cada municipio, con
base a los datos registrados en la Tabla del anexo C. En ella se evidencia que solo 5 de 46
municipios del Departamento tiene cobertura de alcantarillado por arriba del 80%. Esto
equivale a un 11%, lo más grave es que 27de 46 municipios no tienen cobertura de
alcantarillado esto equivale al 59% del total del departamento. Según la línea de tendencia
que muestra el grafico respecto al servicio de alcantarillado promedia el 25% de cobertura.
Figura 4. Cobertura de alcantarillado en departamento de Bolívar
Fuente: Propia
5.2 Índice de calidad de agua (IRCA)
De acuerdo al análisis de la calidad del agua realizado por el Observatorio Ambiental de
Bogotá los valores registrados en los índices de IRCA para el agua en Colombia en el año
2017 tienen valores medios de 0.18 a 1.14 que sin lugar a dudas son valores aceptables según
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Po
rce
nta
je d
e c
ob
ert
ura
Municipios
52
el decreto 1757 del medio ambiente del año 2007. A continuación, en la Figura 5, se ve
reflejado los resultados para el IRCA en Colombia en el año de 2017.
Figura 5. Clasificación de riesgo de calidad de agua en Colombia, año 2017
Fuente: propia
Esta información no refleja la realidad ya que estos resultados solo fueron en las ciudades
capitales de departamentos. Con respecto a los municipios del departamento de Bolívar,
existen 30 municipios por encima de 35.1% en su valor IRCA, representando esto un nivel
de riesgo alto e inviable y un agua no apta para consumo humano. Estos 30 municipios
corresponden a un 56% del total del departamento; Así también, el 14% de total de los
municipios presentan una calidad de agua apta para consumo humano y sin nivel de riesgo,
ya que presenta un IRCA con resultado de 0, estos se ven reflejado en la Figura 6.
Figura 6. Comportamiento IRCA 2017
Fuente: propia
53
En la Tabla del anexo D se muestran los valores medidos del IRCA en los municipios del
departamento de Bolívar según el boletín de la calidad de agua del Ministerio de Ambiente
en Colombia para el año de 2017; El boletín muestra información de 36 de los 46 municipios
del departamento.
Para ilustrar de una mejor manera la problemática de los niveles de IRCA en el departamento
de Bolívar se realizó un mapa geográfico con los datos promedios obtenidos del boletín de
calidad del agua de los años 2015-2017, en la Figura 7 se ve reflejada esta información.
54
Figura 7. Promedio de niveles de IRCA 2015-2017, departamento de Bolívar
Fuente: propia
55
Donde los municipios que tienen color verde oscuro 7 en total, se encuentran en un nivel sin
riesgo de contaminación en su agua potable; 3 municipios color verde claro, con un bajo nivel
de riesgo; 6 municipios de color amarillo riesgo medio; 20 municipios en color naranja en
alto riesgo y por ultimo 10 municipios declarado inviables desde el punto de vista del IRCA.
5.3 Análisis estadístico de la precipitación en el departamento de Bolívar.
Las series analizadas para este estudio, correspondieron a los datos mensuales de la variable
precipitación en milímetros (mm) de las estaciones existentes y activas en los municipios del
departamento de Bolívar, desde 2013 hasta 2017, información entregada por el IDEAM la
cual fue tabulada y analizada mediante hojas de cálculos. También se ilustro por medio de
un mapa (Figura 9) las medias totales de precipitación en el departamento.
Para el análisis se tuvo en cuenta las siguientes consideraciones:
• 17 municipios de los 46 del departamento no presentan información referente
• En algunos no existe estación del IDEAM.
• En varios municipios las estaciones no estuvieron funcionando para el periodo
estudiado.
• Los municipios que tienen más de una estación, se trabajó con el promedio mensual.
56
Figura 8. Mapa de Bolívar de precipitaciones medias totales anuales
Fuente:elaboracion propia
57
5.3.1 Análisis del comportamiento de la precipitación por municipio
Los municipios que en el mapa están en color blanco, son los 16 que no tienen información
y corresponden a: Arroyo hondo, Calamar, Cantagallo, Clemencia, El peñón, Hatillo de loba,
Mompox, Morales, Rio Viejo, San Cristóbal, Santa Catalina, Santa Rosa, Soplaviento,
Talaigua viejo, Turbana y Villanueva. Por ello se analizó la precipitación media en el resto
de los municipios de Bolívar desde el año 2013 hasta el 2017, donde se destacan los
municipios de Arjona, San Jacinto y San Jacinto del cauca, siendo este último el de mayor
registro de precipitación media en todo el departamento de Bolívar.
A continuación, presentamos los gráficos de los comportamientos registrados para los
municipios destacados. En el anexo E, se puede observar los gráficos para los demás
municipios del departamento.
Arjona, ubicado muy cerca a Cartagena de Indias, tiene una altura a nivel del mar de
63 msnm , temperatura promedio de 30 °C, área municipal 542 km2; es un territorio
totalmente ondulado con algunas elevaciones que no pasan de los 200 msnm. Presentó entre
los años 2013 y 2017 constantes precipitaciones para los segundos semestres de cada año, tal
cual lo evidencia la Figura 10.
Figura 9. Comportamiento de precipitación en el municipio de Arjona 2013-2017
Fuente: propia
0
200
400
600
800
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Arjona
2013 2014 2015 2016 2017
58
Como lo indica el comportamiento de las precipitaciones, en Arjona el segundo semestre de
cada año mostro constante lluvia, siendo los meses de agosto y septiembre aquellos donde
se registraron lluvias con mayor intensidad. Así lo indica el grafico de precipitaciones en
valores medios para los meses estudiados en el lapso de tiempo 2013-2017.
Figura 10. Promedio mensual de precipitación en el municipio de Arjona 2013-2017
Fuente: propia
• San Jacinto se encuentra ubicado en los Montes de María aproximadamente a 120 km al sur
de Cartagena de Indias, limita por el norte con San Juan de Nepomuceno, por el Sur: con el
Municipio de El Carmen de Bolívar, por el Este: con el Municipio de Zambrano y por el
Oeste: con el Municipio de María La Baja. Tienen una extensión aproximada de 462 km2 y
una altura promedio de 240 m.s.n.m.
La Figura 12 muestra en el gráfico de comportamiento de precipitaciones, como durante los
años 2013-2017 el municipio de San Jacinto presento alta variabilidad de las precipitaciones,
principalmente después del inicio del segundo semestre del año, donde los meses de agosto
y septiembre registran los mayores índices de lluvias, tal cual como se observa en la Figura
13.
11.8 17.8
89.8
162.4
197.4
139
176.8
263.4
299.6
233.4
185.8
26.84
0
50
100
150
200
250
300
350
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
59
Figura 11. Comportamiento de precipitación en el municipio de San Jacinto 2013-2017
Fuente: propia
Figura 12. Promedio mensual de precipitación en el municipio de San Jacinto 2013-2017
Fuente: propia
• San Jacinto del Cauca: A orillas de Río Cauca limitando con los municipios de Nechi,
Montecristo, Guaranda y Ayapel en Córdoba, con 549 km2 de extensión y 25 m.s.n.m. de
altura promedio. Este municipio presenta unos valores de precipitación muy altos en
comparación de los demás municipios de Bolívar. Durante el periodo 2013-2017 presento
mes a mes alta actividad pluviométrica, alcanzando niveles por encima de los 1000 mm por
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San jacinto
2013 2014 2015 2016 2017
48.2 57.6
85.2
244.8
196.2
110
156.18
268.4251.2
213.4 211.4
63
0
50
100
150
200
250
300
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
60
m2 de lluvia en un año. La figura 14 detalla el comportamiento mencionado y la Figura 15
evidencia la alta tasa mensual de dichas precipitaciones, que son bastantes concurrentes en
la zona. Se destacan los meses de agosto, septiembre, octubre y noviembre, donde la media
pluviométrica supera los 900 mm por m2 de lluvia en un año.
Figura 13. Comportamiento de precipitación en el municipio de San Jacinto del Cauca 2013-2017
Fuente: propia
Figura 14. Promedio mensual de precipitación en el municipio de San Jacinto del Cauca 2013-2017
Fuente: propia
0
500
1000
1500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Jacinto del Cauca
2013 2014 2015 2016 2017
56.6 27.2
207
384.2
814.2 838.6783.6
1019 992.4 962.41055.4
259.6
0
200
400
600
800
1000
1200
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitaciónen valores medios
61
5.4 Distancia al mar
La Política Nacional Ambiental para el Desarrollo Sostenible de los Espacios Oceánicos y
las Zonas Costeras e Insulares de Colombia (PNAOCI) fue formulada en el año 2000 por el
entonces Ministerio de Medio Ambiente, con el objeto de propender por el desarrollo
sostenible de los espacios oceánicos y las zonas costeras que permita mediante su manejo
integrado, contribuir al mejoramiento de la calidad de vida de la población colombiana, al
desarrollo armónico de las actividades productivas y a la conservación y preservación de los
ecosistemas y recursos marinos y costeros.
De acuerdo con la PNAOCI, la zona costera de Bolívar hacen parte territorialmente los
municipios de Santa Catalina, Cartagena de Indias, Turbaco, Turbana, Arjona y María la Baja
(Lineamiento POT; INVEMAR – CARDIQUE 2014) la Figura 16 lo describe.
Fuente: INVEMAR – CARDIQUE, 2017
Figura 15. Delimitación espacial del territorio marino costero del departamento de
Bolívar
62
Estos mismos lineamientos en la Tabla 11 detallan la longitud del litoral de los municipios
del departamento de Bolivar.
Tabla 11. Longitud del litoral a los municipios del departamento de Bolívar
Area Municipio Longitud litoral municipio en
km
Continental
Turbaco NA
Arjona NA
Maria la baja NA
Cartagena 351.82
Turbana 42.29
Santa Catalina 17.55
Total 411.66
Fuente: INVIMAR – propia, 2018
Los municipios de Turbaco, Arjona y Maria la Baja no tienen litoral o no tienen playa al
mar pero, en el estudio se toma por su cercania al area de influencia.
En la Figura 17, se describe la distancia en linea recta a la que se encuentran cada uno de los
46 municipios incluidos su capital Cartagena de Indias, donde se aprecia que los del color
rojo estan a una distancia mayor de 244 km, y los mas cercanos al litoral se encuentran en
color verde oscuro, siendo estos desde ese punto de vista los mas viable para este estudio.
63
Figura 16. Relación de la distancia en línea recta al litoral de los municipios del departamento de Bolívar.
Fuente: Propia
64
5.5 Selección de la zona con mayor potencial para la implementación de un sistema de
red integrado para agua potable
Después de analizar la cobertura del agua potable, el Índice de calidad de agua potable IRCA,
las precipitaciones y la distancia al litoral de los municipios del departamento de Bolívar, se
decidió instaurar como criterio principal la selección de un municipio con una distancia al
litoral muy corta con el objetivo de establecer dicho municipio como el inicio de la principal
fuente extra de abastecimiento y suministro de agua a diferentes municipios cercanos a él
que presenten altos déficit en la cobertura del servicio potable de agua y en el índice de
calidad de esta.
En la investigación se seleccionó el municipio de Arjona, que se encuentra ubicado al Norte
del Departamento de Bolívar a 14 14´3¨ Latitud Norte y 75 19´40¨ Longitud Oeste. Tiene
una distancia a la capital del departamento de 33 km y limita al Norte con el municipio de
Turbaco, al sur con el municipio de María La Baja, al Este con el municipio de San Estanislao
de Kotska y el municipio de Mahates y al Oeste con el Municipio de Turbana (Cedeño.,
2017).
Uno de los motivos por el cual se seleccionó Arjona como zona con alto potencial para la
implementación de la red integrada para agua potable se fundamenta en su distancia al mar,
que no excede los 10 km al litoral, tal como se indica en la Tabla 17. Razón por la cual el
municipio se coloca en posición privilegiada para ser el sitio de tratamiento de desalado de
agua de mar por medio de una planta desalinizadora, cuyo flujo tratado podría ser integrado
al sistema de red potable de agua regional (recientemente instalado) que conecta al Norte con
el municipio de Turbaco. La instalación de la planta de desalado en Arjona, además de
beneficiar a la población local de estos municipios, permitiría establecer la conexión con las
redes de agua pública de otros municipios que presentan déficit en el sistema de suministro
de agua, como es el caso de los municipio situados al Este de Arjona: San Estanislao de
Kotska y el municipio de Mahates quienes presentan también altos índices de riesgo en la
calidad de agua ( >40%), siendo esto último otra razón por la cual se destaca Arjona como el
inicio de la red integrada de aguas que ayudaría a disminuir los altos índices de riesgo y a
65
suministrar en lo mayor posible una cobertura del servicio que garantice el mínimo vital de
agua para cada familia en algunos de los principales municipios de la región.
La idea de seleccionar Arjona como inicio de la red de apoyo al suministro de agua potable
en la región, es que pueda ser un municipio que facilite la conexión con zonas más alejadas
de la región, como es el caso de María La Baja quien dista de esta unos 19 km
aproximadamente (Línea recta) al sur. Este municipio hace parte de la subregión de Montes
de María, y como su nombre lo indica, se sitúa en las partes bajas de la cadena montañosa
conocida como Serranía de San Jerónimo. Limita en la parte Norte también con el municipio
de Mahates y al oriente con San Juan Nepomuceno y San Jacinto (Quiroga & Vallejo., 2019),
en donde finalmente se pretende extender el diseño de la red integral de suministro de agua,
aprovechando así el sistema del acueducto regional recientemente instalado para estos dos
últimos municipios, quienes al igual que María La Baja presentan bajas tasas de cobertura y
calidad del agua (Tabla 15).
Por otra parte la presente investigación pretende integrar a la red de apoyo de suministro de
agua, la mayor cantidad de agua de lluvia captada en techo, y para ello los municipios
estudiados presentan en un promedio aproximado entre ellos de 1400 mm/año de lluvia, lo
que equivaldría a 1400 litros/año de agua por metro cuadrado en la zona de estudio, lo que
permite obtener una viabilidad en captar y almacenar aguas pluviales en esta zona para fines
domésticos y/o uso agrícola, que son las principales actividades cotidianas de los habitantes
de los distintos municipios nombrados, que recibirían el mínimo vital de agua.
Los datos de las variables o criterios con que se realizó el análisis de la selección de la zona
de estudio, para todos los municipios de la región se encuentran tabulados en la Tabla 12.
Para este estudio no se tuvieron en cuenta los municipios que no presentan información sobre
precipitación del IDEAM, solo se trabajó con 29 de los 46 municipios del departamento,
equivalente esto al 63% del territorio.
66
Tabla 12. Selección de los municipios para el estudio
Municipio Precipita
ción
Cobertura IRCA Distanci
a al
litoral
mm % % km
Achí 4252,8 95 39 188
Altos del Rosario 1640,6 90 17 204
Arenal 1278,5 100 75 263
Arjona 1804,0 85 7,5 10
Barranco de loba 1854,6 45 85,3 200
Cartagena 479,4 95 0 0
Cicuco 988,4 90 43,8 139
Córdoba 817,4 95 92,4 89
El Carmen de B. 764,3 100 9,2 43
El Guamo 624,3 100 75 59
Magangué 1593,4 80 0 110
Mahates 1154 98 44,9 30
Margarita 1319,3 80 92,4 169
María la baja 1398,7 50 43,8 24
Mompox 1647,3 50 75 145
pinillos 1243,6 95 75 173
regidor 1106 100 0 242
San Estanislao 1302,6 42 75 24
San Fernando 1364,6 90 66,7 157
San Jacinto 1905,6 15 0 44
San J. del Cauca 7400,2 100 92,4 225
San Juan 1309,8 85 85,3 42
San Martin de loba 1489,6 95 75 211
San pablo 1976,8 100 34,4 248
Santa rosa del sur 1558,3 100 0 272
Simití 1277,2 95 0 277
Tiquisio 956,8 48 59,4 215
Turbaco 1044,3 85 85,3 10
Zambrano 755,9 100 75 78
Fuente: propia
Los datos resaltados corresponden a los municipios que harán parte en el diseño de la red
integrada de agua, previamente seleccionados.
A continuación, en la Figura 18, se ilustra en el mapa de municipios de Bolívar sus
respectivas ubicaciones geográficas.
67
Figura 17. Municipios seleccionados para el estudio
Fuente: (DANE., 2012) – Modificado para la presente investigación.
68
5.5.1 Oportunidades y debilidades de las zonas escogidas
Después de seleccionar los municipios a participar en la red de integración de distribución
de aguas en el departamento de Bolívar, es importante exponer las características que
presenta cada zona. La Tabla 13 descrita a continuación presenta un resumen de
oportunidades y debilidades para cada municipio seleccionado.
Tabla 13. Cuadro de oportunidades y debilidades de cada municipio
Municipios Oportunidades Debilidades
Arjona • Menor distancia al litoral
• Índice de pluviosidad aceptable
• Cercanía por vía terrestre a la capital
del departamento
• Condiciones topográficas
complejas producto de
desniveles en la zona, para el
caso de instalación de redes
de tuberías
Mahates • Índice de pluviosidad indica la
posibilidad de suplir la falta de
cobertura de agua con recolección
de aguas pluviales en techo
• Acceso vía terrestre sin
complicaciones
• Recarga acuífera (canal del dique)
cerca al municipio
• Mahates presenta un índice de
riesgo alto en la calidad del
agua, por falta de tratamiento
adecuado del servicio de
potabilización
María la Baja • Constituye una de las principales
zonas de interconexión de sistemas
de distribución de agua por su
ubicación y cercanía con municipios
al norte y parte central del
departamento de Bolívar
• Índice de pluviosidad con buena
actividad en segundo semestre del
año
• En caso de necesitar transporte
terrestre de agua dista de la capital a
72 km y su acceso es de fácil
desarrollo
• Para uso agrícola cuenta con la
fuente acuífera del arroyo Matuya
• Bajo índice de calidad del
agua tratada
• Zonas agrícolas con alto
impacto ambiental negativo,
producto de monocultivos de
palma de aceite y piña que
contaminan las fuentes
hídricas de la zona
• Conflicto armado presente en
el municipio
San Estanislao • Corta distancia a canal del dique.
• Facilidad de transporte de agua via
terrestre
• Índice de pluviosidad con alta
irregularidad
• Alto riesgo en calidad de
agua
69
Fuente: propia, elaborada para esta investigación.
5.6 Recolección de agua lluvias
Los sistemas de captación de agua hacen referencia a las distintas zonas descubiertas para la
recolección y el almacenamiento de agua de lluvia, que dependen de los diseños
hidrosanitarios pluvial para ser de su área de captación una zona efectiva dependiente a su
vez de características tales como la pendiente de inclinación y acabados de las zonas
descubiertas, inclusive de la vegetación (Reyes & Rubio, 2014).
En la Tabla 14 se sugieren los sistemas de captación más adecuados, según la finalidad de
uso descrita, pudiéndose evaluar localmente, en situaciones específicas las posibilidades de
San Jacinto • Presenta un importante punto de
conexión dentro de la red integrada
de agua potable, por la instalación o
puesta en funcionamiento del
acueducto regional, San Jacinto-
San Juan
• Índice de pluviosidad alto dentro del
departamento de Bolívar.
• Facilidad de transporte de agua vía
terrestre
• No presenta riesgo en la calidad del
agua
• Larga distancia al litoral
costero
• Condiciones topográficas
complejas
San juan • Beneficiario del acueducto regional
de San Jacinto-San Juan
• Presenta un índice de pluviosidad
aceptable y viable para la
recolección de aguas pluviales en
techo
• Acceso de agua por transporte
terrestre es asequible
• Larga distancia al litoral
costero
• Bajo índice de calidad del
agua
Turbaco • Corta distancia al litoral costero
• Corta distancia a la capital del
departamento
• Alta facilidad de transporte de agua
vía terrestre
• Beneficiario de la puesta en
funcionamiento del acueducto
regional de Arjona- Turbaco
• Condiciones topográficas
complejas
• Bajo índice de pluviosidad
• Alto riego de calidad de agua
70
otras formas de captación, como la captación de niebla y la perforación de pozos tubulares.
Según la FAO, 2013, estas sugerencias son indicativas y no deben ser tomadas como
recomendaciones sin tomar en cuenta las condiciones locales.
Tabla 14. Sistema de captación de agua según finalidad del uso
Finalidad de Uso
Subfinalidad de uso
Sistema de captación
preferencial
Consumo Domestico
Bebida, alimentación, higiene
personal
Captación de techo Lavado de ropa
Higiene de la vivienda
Consumo Animal
Abrevadero Captación de patio, escorrentía
superficial Higiene de instalaciones
Fuente: Propia
5.6.1 Tecnología de captación de agua lluvia
Para la evaluación de tecnologías de captación de agua de lluvia en el departamento de
Bolívar, específicamente en las zonas previamente identificadas como áreas potenciales para
el diseño de una red integrada de aguas para consumo humano y/o uso agrícola, por medio
de los perfiles de saneamiento y cobertura básica junto con los índices de calidad del agua,
sumados a los análisis de precipitaciones, se determinó como fuente de abastecimiento extra,
los sistemas de captación de agua pluvial en techos (SCAPT).
Este modelo de captación de aguas pluviales adjunta beneficios adicionales a la fácil
recolección y minimización de la contaminación del agua, como lo son:
• Ser un sistema independiente y por lo tanto ideal para comunidades dispersas y alejadas, o
para aquellas zonas donde el suministro de agua no es constante ni confiable (Reyes &
Rubio., 2014). Tal como es el caso de los municipios seleccionados para el diseño de la red
integral de suministro de agua.
• Emplear mano de obra y/o materiales locales, los cuales son de fácil consecución en el medio.
71
• Registra un fácil mantenimiento y desarrolla una reducción en los costos de agua potable
proveniente de la red pública, escaza en los municipios seleccionados (Chiang, Kao &
Liu., 2013).
• El sistema es sostenible y amigable con el medio ambiente, puesto que conserva el suelo,
el agua, no contamina el medio ambiente y tiene una producción rentable, en especial en
la actualidad, donde el recurso agua es cada vez más cuidado y por ende costoso (Reyes
& Rubio., 2014).
5.6.2 Estudio de factibilidad de la captación de agua pluvial en techo.
Para el desarrollo de un plan de captación de aguas pluviales en techo, fue necesario estimar
la factibilidad de dicha metodología durante su aplicación. Para el caso del desarrollo de
dicha metodología en la integración a una red de suministro de agua integrando agua desalada
y potable, fue necesario considerar los factores técnicos y económicos.
• Criterio Técnico
Los factores técnicos que se tuvieron en cuenta en el presente trabajo fueron la producción u
oferta precipitacional de agua lluvia en la zona de implementación de la metodología.
a) Producción u “oferta” de agua:
Está relacionada directamente con la precipitación pluvial durante el año y con las
variaciones estacionales de la misma. Por ello fue necesario contar con los datos
suministrados por el IDEAM, de los registros de precipitación en el departamento de Bolívar,
de donde fueron seleccionados los municipios: Arjona, Turbaco, San Estanislao de Kotska,
Mahates, María La Baja, San Juan Nepomuceno y San Jacinto, siendo este último el de mayor
registro de precipitaciones en los últimos años.
El promedio de lluvia anual entre los municipios seleccionados es de 1400 mm/año según las
cifras encontradas en el registro de IDEAM, equivalente a 1400 L/año por m2. Es decir que
en promedio diario, si hay lluvia, se podría captar 3.83 L de lluvia por m2 para recoger el
72
agua pluvial, que para fines efectivos serian por lo menos 10.000 m2 de techo alistado en
cada municipio estudiado, estos 10.000 m2 es un área aproximada a una manzana (Cuadra).
b) Demanda de agua
La demanda depende de las necesidades del interesado y los usos que quiere darle al agua.
En este contexto, se seleccionó el agua de lluvia como una alternativa para suplir las
necesidades domesticas de la población en cada municipio donde se presentan bajos índices
de calidad del agua y en donde el perfil de saneamiento básico muestra una deficiente
cobertura del sistema de suministro de agua público, como son los casos de los municipio de
Arjona, Turbaco, Mahates y San Juan donde a pesar de tener buena cobertura los índices de
calidad no son buenos, mientras que en San Jacinto, San Estanislao de Kostka y María La
Baja el perfil de saneamiento básico en general muestra una cobertura baja en la zona y un
gran déficit en el servicio prestado por el ente encargado del recurso hídrico (AGUAS DE
BOLIVAR S.A. E.S.P).
• Criterio Económico
Existe una relación directa entre la inversión requerida para implementar el sistema, el área
de captación y el volumen de almacenamiento. En la evaluación económica es necesario tener
presente que en ningún caso la dotación de agua debe ser menor a 50 litros de agua por
persona, la misma que permite satisfacer sus necesidades básicas elementales. Los aspectos
de higiene personal y lavado de ropa deben atenderse con otras fuentes de agua. Así mismo,
los costos del sistema propuesto deben ser comparados con los costos de otras alternativas
destinadas al mejoramiento del abastecimiento de agua, teniendo presente el impacto que
representa la cantidad de agua en la salud de las personas beneficiadas por el servicio de agua
(Unatsabar, 2004).
Para la ponderación del criterio económico se tuvieron en cuenta los factores de madurez
tecnológica y costo de la tecnología. Para el primer factor la ponderación se realizó con base
a la asignación de pesos de los criterios para cada indicador de la metodología. Estos pesos
se establecen dentro de un rango entre 0 y 1, donde 1 es la mejor calificación (Quintero,
73
2009). La ponderación para madurez tecnológica se evidencia en la Tabla 15. Por otra parte,
el costo promedio de la tecnología recibe una ponderación por el mismo método de
asignación de pesos, donde 0 corresponde al valor de costo más elevado y 1 al más bajo. 0.5
corresponde al valor intermedio entre ellos. La ponderación se presenta en la Tabla 16
descrita a continuación.
Tabla 155. Ponderación de madurez tecnológica
Madurez Tecnológica
Etapa Valor
Exploratoria 0
Experimental Piloto 0,33
Piloto Industrial 0,66
Industrial 1
Fuente: Modificado de Quintero, 2009
Tabla 166. Ponderación de costo de equipo
Costo de equipo
Costo promedio Valor Ponderación
> $ 5.000.000 0
Entre $ 1.000.000- $ 5.000.000 0.5
< $ 1.000.000 1
Fuente: Modificado de Quintero 2009
5.7 Desalinización de agua de mar
La desalinización o desalación es el proceso de eliminar la sal del agua de mar o salobre,
obteniendo agua dulce. Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales destinadas
a la desalinización. Para la desalinización podemos tomar bien agua del mar o bien aguas
salobres para su utilización como agua bruta o agua de alimentación. A continuación, se
evalúan las tecnologías asociadas al proceso.
5.7.1 Evaluación y selección de las tecnologías de desalinización de agua de mar
Al igual que en la selección de un sistema de captación de aguas pluviales, para la elección
de la tecnología de desalinización que se puede implementar en el diseño de la red integrada
de aguas, se tuvieron en cuenta los criterios técnicos y económicos de las distintas tecnologías
utilizadas previamente en proyectos de desalinización.
74
• Criterio Técnico
Para llevar a cabo la evaluación de las tecnologías de desalinización, se tuvo en cuenta como
criterio técnico el consumo de energía por metro cubico. Por el mismo método de
asignaciones de peso se establece la ponderación para los diferentes rangos de consumo
energético, donde 1 corresponde al rango más bajo y 0 al rango más alto de consumo de
energía. 0.33 y 0.66 se establecen como valores intermedios entre el rango de ponderación
total. La ponderación se evidencia en la Tabla 17.
Tabla 177. Ponderación de energía de tecnología de desalinización de agua de mar
Consumo de energía
kWh Valor
0 – 3 1
3.1 – 6 0.66
6.1 – 9 0.33
> 9 0
Fuente: Modificado de Quintero, 2009
• Criterio Económico
Para este criterio tuvimos en cuenta la madurez tecnológica incluida en la Tabla 18 y el costo
promedio del metro cúbico de agua mostrado en la Tabla 19. Se utilizó la misma metodología
de asignaciones para la ponderación realizada.
Tabla 18. Ponderación para madurez Tecnológica
Madurez Tecnológica
Etapa Valor
Exploratoria 0
75
Experimental Piloto 0,33
Piloto Industrial 0,66
Industrial 1
Fuente: Modificado de Quintero, 2009
Tabla 19. Ponderación de costo de agua
Costo metro cubico de agua
kWh Valor
> 9613 COP/M3 0
6729.78 - 9612 COP/M3 0.2
3364.89-6729 COP/M3 0.4
1927.88-3364 COP/M3 0.6
491.34-1927 COP/M3 0.8
< 491 1
Fuente: Modificado de Quintero, 2009
5.8 Resumen técnico y económico de las metodologías de tratamiento de agua
Para la selección de las metodologías de tratamiento de agua, en este trabajo se siguió la
metodología propuesta por Quintero en el 2009, en el cual se tuvo en cuenta las etapas de
madurez de la tecnología, costo del metro cubico de agua, condiciones de operación y el
rendimiento.
Para la captación de agua lluvia la Tabla 20, muestra el resumen de los criterios que se
tuvieron en cuenta para la selección de la metodología y la ponderación correspondiente para
cada ítem correspondiente a su madurez tecnológica, costo y rendimiento.
Tabla 20. Criterios, ponderación y resultados de las tecnologías de captación de agua lluvia
Tecnología de
captación
Madurez
Tecnológica
Costo
s
Rendimiento
En Techo 0.66 0.5 80-100%
En Patios 0.33 1 70%
Macro
captación
0.66 0.5 70%
Derivación de
manantiales
0.66 0.5 70%
76
Fuente: propia
Como se aprecia en la tabla, la metodología de captación en techo de aguas pluviales recibe
una ponderación de 0.66 respecto a la madurez tecnológica puesto que se incluye en una
etapa piloto industrial. Su costo oscila entre 1 y 5 millones de pesos y su rendimiento puede
ser muy alto.
De igual manera se realizó la matriz para la selección de la tecnología de desalinización de
agua de mar. Teniendo en cuenta los criterios y ponderación anteriormente descritos y
realizada la comparación en términos de madurez tecnológica y condiciones de operación,
la tecnología seleccionada es la de Osmosis inversa como se aprecia en la Tabla 21.
Tabla 21. Criterios, ponderación resultados para escoger la tecnología de desalinización de agua de mar
Tecnología de Captación
Criterio Económico Criterio Técnico Resultados
Madurez
tecnológica
Costo Condicion
es de
operación
Rendimient
o
Total
Pondera
do
Rendimie
nto
Evaporación multietapas flas
MSF 1 0.4 0.5
0.33 1.9 33%
Osmosis Inversa IO 1 0.6 1 1 2.6 100%
100Electrodiálisis ED 0.33 0 1 0 1.33 0%
Destilación Multi-Effect
MED 1 0.2 0.5
0.67 1.7 67%
Compresión de vapor CV 0.33 NA 0 NA 0.33 NA
Destilación solar 0.33 0 0.5 1 0.83 100%
Congelación 0.33 NA 1 NA 1.33 NA
Fuente: propia
Tal como se registra en la Tabla 21, existes diferentes técnicas de desalinización de aguas de
mar estudiadas. Algunas de ellas están en una etapa de desarrollo polito, como es el caso de
la electrodiálisis y la destilación solar que tienen un costo asociado muy bajo, o la compresión
de vapor y congelación que por ser técnicas en desarrollo conceptual, no se les ha fijado aún
un costo estimado en su utilización. Por otra parte, tecnologías como la destilación multi
Micro captación 0.33 0.5 70%
77
efectos, la evaporación multi etapas y la osmosis inversas han sido desarrolladas y puestas
en funcionamiento, pero solo la última ha alcanzado un nivel de rendimiento excelente a
pesar de tener un costo por encima de la media, que lo hace propicio para ser elegido como
técnica de desalinización de agua de mar en la presente propuesta.
Otro estudio realizado por Mentis y compañía en 2016, corrobora lo descrito en este trabajo,
donde la tecnología de Osmosis inversa es la representa mejor opción, este trabajo se puede
observar en la Tabla 22, esta técnica presenta una notable flexibilidad ya que permite la
construcción de dispositivos y sistemas en una gran variedad en términos de agua que se
puede producir por día; comenzando desde la construcción del dispositivo más pequeño
destinado a satisfacer las necesidades de agua de una familia hasta la instalación más extensa
para el suministro de agua de una comunidad o una región (Mentis et al., 2016).
Tabla 22. Comparación de las principales tecnologías de desalinización de agua de mar
Método
Producción
(m 3 / día)
Tipo de
energía
Intensidad
energética
(kWh / m 3 )
Costo de
instalación (€ /
m 3 / día)
Rendimiento
%
Evaporación de
etapas múltiples
(MSF)
1000-60,000 Calor /
Electricidad
4–6 1000-2000 33
Destilación de
efecto múltiple
(MED)
500-20,000 Calor /
Electricidad
2.5–3 850-1750 67
Compresión de
vapor (VC)
25–2500 Electricidad 8-15 1000–2350 N/A
Osmosis inversa
de agua de mar
0.4–70,000 Electricidad <5 650–4400 100
Electrodiálisis
(DE)
15–50000 Electricidad 1.5–4 1000-5000 15
Destilación solar N/A Calor N/A N/A 100
Fuente: modificado de Mentis et al., 2016.
5.9 Diseño del modelo de la red integrada de agua potable.
El problema propuesto consistió en encontrar el diseño óptimo de un sistema de distribución
de agua que involucre un sistema o planta de desalinización y una metodología viable para
78
la captación de aguas pluviales, que se pueda integrar de manera eficiente a las redes de
servicio de agua potable en el departamento de Bolívar.
Se planteó un modelo de optimización de la red de distribución de agua desde el origen del
sistema de integración compuesto por la planta desalinización de agua de mar, nombrado a
continuación como nodo inicial, hasta los sistemas de distribución de agua finales para cada
municipio, nombrados como nodos finales. El modelo optimización de la red, tiene como
objetivo maximizar el flujo de transporte del suministro de agua desalada y agua potable
minimizando los costos de la distribución, teniendo en cuenta las distancias de recorrido entre
los Nodos. La red de distribución de agua estará representada por un conjunto de arcos, y un
conjunto de nodos, que representan la demanda, suministro de reservorios, conexiones entre
dos o más tuberías y vías de acceso al transporte de agua terrestre. Para una topología dada,
con tuberías y puntos de demanda dados. El diseño óptimo de una red de distribución de
agua, consiste en determinar el costo mínimo sujeto a determinadas restricciones hidráulicas
como la Presión mínima requerida en cada nodo, la conservación de la energía y finalmente
la conservación de la masa, además de minimizar el costo asociado al transporte terrestre de
agua, siendo estas dos última las restricciones que se tendrán en cuenta para el planteamiento
del modelo matemático generalizado para la integración de las redes de agua potable en el
caso de estudio analizado.
Para cada nodo de consumo, la ley de conservación de la masa debe satisfacerse. Esta ley
establece que la cantidad de masa de agua por unidad de tiempo que ingresa por el nodo n
debe ser igual a la cantidad de masa de agua saliente, en el mismo nodo.
∑ 𝑄𝑖𝑛 − ∑ 𝑄𝑜𝑢𝑡 + 𝐷𝑀 = 0 𝐸𝑐. 7
Donde 𝑄𝑖𝑛 es el caudal que ingresa al nodo n, 𝑄𝑜𝑢𝑡 es el caudal saliente y DM es el consumo
en dicho nodo (Pereyra, Pandolfi & Villagra, 2017)
79
5.9.1 Modelo matemático
Para el desarrollo del planteamiento matemático, en primer lugar, se estableció la Función
Objetivo que está determinada por la variable C de los costos de transporte de la cantidad
de flujo X que va de un Nodo i a un destino j por medio de tuberías y transporte terrestre.
El conjunto de Arcos está denotado por la letra R.
✓ Función Objetivo de costo mínimo:
𝑀𝐼𝑁 𝑓(𝐶)𝑅 = 𝑀𝐼𝑁 ∑ ∑ 𝐶𝑖𝑗𝑋𝑖𝑗
𝑗𝑖
∗ 𝐿𝑖𝑗 𝐸𝑐. 8
Donde:
𝐶𝑖𝑗 es el costo de transporte de la cantidad de flujo X que va de i hasta j en $
𝑚
ℎ
3
𝐿𝑖𝑗 es la longitud existente de cada trayecto en la red integrada en m
X es el flujo en 𝑚
ℎ
3
La función objetivo está restringida por el principio de conservación de masa, es decir:
∑ 𝑋𝑗𝑖
𝑗
+ 𝑂𝑖 = ∑ 𝑋𝑖𝑗
𝑗
+ 𝐷𝑖 𝐸𝑐. 9
Donde O es la oferta de la cantidad de flujo que sale del Nodo i, y D es la demanda de flujo
en cada Nodo.
También dentro de las restricciones se estimó el consumo de combustible o de energía o costo
asociado al transporte de agua terrestre que se da por medio de carro tanques con motores de
consumo de diésel, con la siguiente ecuación:
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎(𝑘𝑚) ∗𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 (𝐺𝑎𝑙)
𝑘𝑚∗
$
𝐺𝑎𝑙∗𝑘𝑚∗ # 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠
𝐸𝑐. 10
80
Donde, a manera de ejemplo, el gasto energético de un galón de diesel cubre una distancia
máxima de 25 km para motores de carro tanques con cilindraje igual o superior a los 3000
cc, según la empresa cartagenera de transporte de agua por vía terrestre IVAN LAGUNA
S.A.S.
Es decir que para un costo de combustible diésel en Bolívar por galón de: $8.895, el costo de
transporte por kilómetros no sobrepasa $355,8, lo que equivale a 0,04 galones por km. Con
este último dato se calcula el costo final de transporte de agua vía terrestre.
Otra restricción del modelo, considera que no se puede sobrepasar la capacidad de flujo para
un tramo de la red determinado, es decir:
𝑋𝑖𝑗 ≤ 𝐾𝑖𝑗 𝐸𝑐. 11
Donde K es la capacidad de cada Arco R, que estará determinado por la cantidad de volumen
de agua que puede transportarse en determinado tramo de tubería.
Finalmente, el modelo, contempla los criterios de No Negatividad en el sistema.
Por ello: 𝑋𝑖𝑗 ≥ 0 𝐸𝑐. 12
✓ Desarrollo del Modelo
Inicialmente, se realizó el diagrama de Nodos y Arcos presentado a continuación en la Figura
19. Esto con la finalidad de ser más fácil la lectura y planteamiento del modelo matemático
que se basó en los conceptos de optimización de redes por la metodología de flujo máximo
con mínimo costo que satisface al mismo tiempo las relaciones del flujo en los arcos y las
cantidades de la oferta y demanda en los nodos tal que costo de envío sea mínimo.
Figura 18. Diagrama de Nodos para red integrada de distribución de agua en Bolívar
81
Fuente: Propia.
En la Figura 19 se puede observar un total de 12 Nodos y 16 Arcos, Siendo el Nodo I el
representante del inicio del sistema integrado, en la etapa de desalinización de agua de mar.
Los Nodos en color rojo representan las conexiones regionales de sistemas de distribución
de aguas conectados finalmente a los Nodos de distribución Final por medio de los Arcos
(Flechas) que representan conexiones generalizadas de transporte de agua por tuberías y
terrestre.
El modelo matemático contempló la optimización de la distribución del flujo inicial hasta
los finales minimizando los costos asociados al transporte de agua en tuberías y por medio
de carro tanques, donde se despreciaron los efectos de perdida de presión y perdida de
energía, puesto que no se encuentra estipulado para esta investigación el diseño técnico de
tuberías y accesorios, por ello la única restricción técnica del modelo estuvo sujeta al
principio de conservación de masa y a la del consumo de gasolina o gasto energético del
transporte de agua terrestre.
Sin embargo, para llevar a cabo el cálculo de la demanda en cada Nodo, se tuvo en cuenta
las distancias de distribución por medio de tuberías estándar para transporte de agua desde
plantas de tratamiento cuyo diámetro nominal no excede 9 pulgadas o 228 mm (Ras, Titulo
D, 2015).
82
El segundo paso para el desarrollo del modelo matemático consistió en enumerar los Nodos,
para posteriormente desarrollar la función objetivo, quedando enumerados como se muestra
de la siguiente forma en la Figura 20:
Figura 19. Diagrama de Nodos y Arcos enumerado.
Fuente: Propia.
La función objetivo que enmarca el sistema estudiado, minimiza los costos C asociados con
el transporte de flujo X de un Nodo a otro con determinada longitud L, quedando así:
𝑀𝐼𝑁 𝑓(𝐶)𝑅 = 𝐶𝑋𝐿1 2 + 𝐶𝑋𝐿1 3 + 𝐶𝑋𝐿1 4 + 𝐶𝑋𝐿3 2 + 𝐶𝑋𝐿3 4 + 𝐶𝑋𝐿3 5 + 𝐶𝑋𝐿5 6 + 𝐶𝑋𝐿5 7
+ 𝐶𝑋𝐿6 7 + 𝐶𝑋𝐿7 6 + 𝐶𝑋𝐿 1 8 + 𝐶𝑋𝐿1 9 + 𝐶𝑋𝐿8 9 + 𝐶𝑋𝐿8 10 + 𝐶𝑋𝐿10 11
+ 𝐶𝑋𝐿10 12 + 𝐶𝑋𝐿11 12
+ 𝐶𝑋𝐿12 11 𝐸𝑐. 13
Donde el primer sub índice de cada término indica el Nodo de procedencia y el segundo el
Nodo destino. Esta función objetivo está sujeta a unas restricciones pertenecientes al conjunto
de Nodos y Arcos del sistema, mostradas a continuación:
Restricciones de los Nodos:
𝑁1: 𝑂1 = 𝐶𝑋𝐿1 2 + 𝐶𝑋𝐿1 3 + 𝐶𝑋𝐿1 4 + 𝐶𝑋𝐿 1 8 + 𝐶𝑋𝐿1 9
83
𝑁2: 𝐶𝑋𝐿1 2 + 𝐶𝑋𝐿3 2 = 𝐷2
𝑁3: 𝐶𝑋𝐿1 3 = 𝐶𝑋𝐿3 2 + 𝐶𝑋𝐿3 4 + 𝐶𝑋𝐿3 5
𝑁4: 𝐶𝑋𝐿1 4 + 𝐶𝑋𝐿3 4 = 𝐷4
𝑁5: 𝐶𝑋𝐿3 5 = 𝐶𝑋𝐿5 6 + 𝐶𝑋𝐿5 7
𝑁6: 𝐶𝑋𝐿5 6 = 𝐶𝑋𝐿6 7
𝑁7: 𝐶𝑋𝐿5 7 = 𝐶𝑋𝐿7 6
𝑁8: 𝐶𝑋𝐿 1 8 = 𝐶𝑋𝐿8 9 + 𝐶𝑋𝐿8 10
𝑁9: 𝐶𝑋𝐿1 9 + 𝐶𝑋𝐿8 9 = 𝐷9
𝑁10: 𝐶𝑋𝐿8 10 = 𝐶𝑋𝐿10 11 + 𝐶𝑋𝐿10 12
𝑁11: 𝐶𝑋𝐿10 11 = 𝐶𝑋𝐿11 12
𝑁12: 𝐶𝑋𝐿10 12 = 𝐶𝑋𝐿12 11
✓ Demanda y suministro de agua para cada municipio de la red
Con base a los datos evidenciados en la tabla del anexo A, de las coberturas para cada
municipio entre los años 2016-2018, se tomó el registro del último año para cada municipio
estudiado y el dato de la población cabecera correspondiente para desarrollar el cálculo de la
demanda y suministro de agua en cada municipio, el cual se realizó con base a la información
brindada por la OMS, donde se establece el mínimo vital de agua por persona en Colombia.
La ecuación 14 descrita a continuación muestra la forma de cálculo realizado para la demanda
de agua que presenta cada municipio, y la ecuación 15 calcula el suministro manifestado por
la cobertura presente para cada zona de estudio.
𝐷𝑚 = 𝐶𝐴𝑝𝑝 ∗ 𝑃𝑏 𝐸𝑐. 14
84
𝑆𝑚 = 𝐶𝐴𝑝𝑝 ∗ 𝑃𝑏 ∗ 𝐶𝑏 𝐸𝑐. 15
Dónde:
𝐷𝑚 es la demanda de cada municipio.
𝑆𝑚 es el suministro de agua entregado en cada municipio
𝐶𝐴𝑝𝑝 es el consumo mínimo obligatorio de agua percapita en Colombia.
𝑃𝑏 es la población total de cada municipio estudiado.
𝐶𝑏 es la cobertura registrada.
La Corte Constitucional advirtió que el mínimo de agua vital a los colombianos, según la
Organización Mundial para la Salud, corresponde a 1500 litros al mes (30 días) por persona
(Gutiérrez & Yepes, 2016). En base a esta información se calculó la demanda de agua y el
faltante total para tener una cobertura del 100%, cuya cantidad será suplida en el diseño de
integración de la red por la oferta de lluvia en la zona y la oferta producida en la planta de
desalinización contemplada en el sistema. La Tabla 23 muestra los datos de demanda,
suministro y el faltante de cobertura calculados de la siguiente manera en la ecuación 16.
𝐹𝑚 =𝐷𝑚 ∗ (100 − 𝐶𝑏)
𝐶𝑏 𝐸𝑐. 16
Tabla 23. Registro de demanda por municipio y déficit de cobertura en m3/día
Municipio
𝐂𝐀𝐩𝐩
(m3/mes)
Población
total
Cobertura
(%)
Demanda
(m3/mes)
Suministro
(m3/mes)
Faltante
(m3/mes)
Arjona 1.5 60.282 85 90.423 76.859,6 13.563,5
Mahates 1.5 10.262 98 15.393 15.085,1 307,9
María la Baja 1.5 22.226 90 33.339 30.005,1 3.333,9
San Estanislao 1.5 12.276 78 18.414 14.362,9 4.051,1
San Jacinto 1.5 21.066 50 31.599 15.799,5 15.799,5
San Juan 1.5 27.175 88 40.762,5 35.871 4.891,5
Turbaco 1.5 69.955 85 104.986,5 89.192,6 15.739,9
Fuente: propia
Teniendo los valores de la cantidad de agua mensual que es necesaria agregar como
suministro en los municipios estudiados, el diseño de la red integral de distribución de agua,
85
contempla suplir este déficit con la distribución de agua desalinizada, cuya oferta mensual
variara dependiendo de la cantidad de agua lluvia recolectada en techo para uso de servicios
domésticos y agrícola. En el análisis estadístico de las precipitaciones en cada municipio, se
obtuvieron los valores medios de las cantidades de precipitaciones en mm/m2 durante cada
mes del año para cada municipio estudiado. Estos datos se encuentran sintetizados en la Tabla
24 descrita a continuación.
La idea del sistema de integración es captar por medio de 10.000 m2 (1 manzana de viviendas,
100 m de largo por 100 m de ancho) la cantidad media de lluvia presente en un mes, es decir
que si en algún municipio hay en promedio 10 mm/m2 de lluvia, en total serian 10 L/m2
precipitados que multiplicados por 10.000 m2 alistados como techos de recolección, daría en
total 100.000 Litros o 100 m3 de agua recolectada que serían dispuestos para disminuir el
faltante de suministro calculado y evidenciado en la Tabla 23. Luego las cantidades de agua
que aún no satisfacen el déficit establecido, serán ofertadas y distribuidas desde la planta de
desalinización.
Tabla 24. Promedio mensual de lluvia en cada municipio seleccionado para la red de integración
Meses
Municipios
Arjona Mahates María la
Baja
San
Estanislao
San
Jacinto
San Juan Turbaco
Enero 11,8 11,8 11,2 1,6 48,2 16,4 0,2
Febrero 17,8 0 9,2 20,4 57,6 26,3 0,6
Marzo 89,8 42,6 22,6 17,2 85,2 88,3 27,4
Abril 162,4 91,2 81,3 97,6 244,8 125,6 84,6
Mayo 197,4 137 226,3 176,6 196,2 166,9 114,6
Junio 139 106,6 88,4 128,0 110 105,2 60,8
Julio 176,8 119,8 134,6 130,4 156,2 152,6 81,9
Agosto 263,4 197 226,3 184,0 268,4 176 128,8
Septiembre 299,6 153 202,9 175,2 251,2 116,5 215,6
Octubre 233,4 171,6 221,8 206,4 213,4 159,5 160,9
Noviembre 185,8 88 126,4 140,8 211,4 127,2 158,8
Diciembre 26,8 35,4 47,7 24,4 63 49,0 9,7
Fuente: propia
86
Con los datos de las precipitaciones medias mes a mes para cada municipio, se puede calcular
con la ecuación 16, cuánta agua se necesita enviar desde la planta de desalinización
mensualmente hasta cada municipio, tal cual como se explicó en el anterior párrafo de la
presente investigación. Los cálculos finales de las cantidades de agua recolectadas mes a mes
en cada municipio son evidenciados en la Tabla 25 donde se muestra directamente la cantidad
de agua que se debe bombear desde la planta de desalinización hasta los municipios
seleccionados en la red.
𝐴𝑑𝑆 = 𝐹𝑚 − (𝑃𝑚
1000∗ 10.000) 𝐸𝑐. 16
Siendo:
𝐴𝑑𝑆 La cantidad de agua desalinizada y 𝑃𝑚 el promedio de lluvia mensual multiplicado por
los 10.000 m2 de techo establecidos como área de recolección en cada municipio.
Tabla 25. Cantidad de flujo requerido mensualmente desde la planta de desalinización en m3
Meses
Municipios
Arjona Mahates María la
Baja
San
Estanislao
San
Jacinto
San Juan Turbaco
Enero 13.445,5 189,9 3.221,9 4.035,1 15.317,5 4.727,3 15.738,1
Febrero 13.385,5 307,9 3.242,1 3.847,1 15.223,5 4.628,1 15.733,9
Marzo 12.665, 0 3.107,5 3.879,1 14.947,5 4.008,3 15.465,9
Abril 11.939,5 0 2.520,7 3.075,3 13.351,5 3.635,9 14.893,9
Mayo 11.593,5 0 1.070,5 2.285,1 13.837,5 3.221,7 14.593,7
Junio 12.173,5 0 1.987,9 2.770,9 14.699,5 3.839,5 15.131,5
Julio 11.795,5 0 1.067,9 2.747,1 14.237,7 3.365,1 14.920,1
Agosto 10.929,5 0 1.070,9 2.210,9 13.115,5 3.131,5 14.451,9
Septiembre 10.567,5 0 1.304,9 2.299,1 13.287,5 3.726,1 13.583,7
Octubre 11.229,5 0 1.116,1 1.987,1 13.665,5 3.296,5 14.130,5
Noviembre 11.705,5 0 2.070,3 2.643.1 13.685,5 3.619,1 14.151,7
Diciembre 13.295,1 0 2.856,7 3.807,1 15.169,5 4.401,3 15.642,5
Fuente: propia
Registradas las cantidades de agua mensuales que deben suministrarse para suplir el déficit
de cobertura en los municipios estudiados teniendo en cuenta también la disponibilidad de
87
lluvias, se estimaron las restricciones para cada uno de los Arcos o segmentos de transporte
de agua referentes a las capacidades máximas que pueden ser conducidas hasta los nodos
principales de distribución del suministro para cada municipio de la red.
Para el cálculo de la capacidad de cada arco, se tuvieron en cuenta las longitudes en línea
recta entre los nodos establecidos (Distancia entre municipios), y los diámetros estándar
promedio de tubería comercial utilizada en Bolívar para el transporte de agua a zonas rurales,
para calcular el volumen máximo contenido en la tubería. Si el volumen contenido en la
tubería es inferior a la demanda presentada por cada municipio, el faltante de dicha demanda
se contempla ser enviado por medio de carro tanques a las zonas seleccionadas en la red de
integración.
✓ Restricciones de los arcos:
Anteriormente se informó que K es la capacidad del tramo, que corresponderá a la capacidad
diaria máxima de flujo permitido en dicha tubería. Esta capacidad dependerá del diámetro de
la tubería estimado y de la longitud de ella.
✓ Arco 1: Corresponde al tramo entre Nodo 1 y Nodo 2, es decir de la planta de desalinización
ubicada en el municipio de Arjona hasta el área urbana de Turbaco, cuya distancia se estima
en 13 km de distancia máxima. Se calcula entonces con la ecuación 17 el volumen de carga
diaria.
𝑉𝑐 = 𝐾 = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ 𝐿 𝐸𝑐. 17
Siendo 𝑟 =𝐷
2
Siendo el diámetro estándar 9 pulgadas o radio 114.3 mm, entonces la capacidad será:
𝐾 = 𝜋 ∗ 0,1143𝑚2 ∗ 13000𝑚
𝐾 = 533,6 𝑚3
En este caso si la demanda mensual más alta de Turbaco es 15.738,1 m3 o 524,6 m3 diarios,
la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte
88
Entonces la restricción del arco 1 y demás serian: 𝑋𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 ≤ 𝐾𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜
El flujo máximo que pasaría por el Arco 1 sería el 50% de la demanda diaria y mensual de
Turbaco, equivalente a 262,3 m3. La restricción en este arco seria:
262,3 𝑚3 ≤ 533,6 𝑚3
✓ Arco 2: Corresponde al tramo desde la planta de desalinización hasta el sistema de conexión
de agua entre Turbaco y Arjona. Se establece en el presente proyecto que se reimpulse desde
aquí máximo el 50% del flujo demandado, para Turbaco y Arjona.
Es decir que el 50 % de la demanda máxima de Arjona diaria que corresponde a 224,1 m3
más el 50% de la demanda máxima de Turbaco diaria que corresponde a 262,3 m3 que
totalizan 486,4 m3 de agua diaria no sobre pasen la capacidad de la tubería de longitud de 6
km y radio 0,1143 m. Además de esto fluiría por aquí la demanda diaria de agua para los
municipios de San Estanislao de Kotska y Mahates que máximo demandarían 145 m3.
Es decir que la restricción en este arco seria:
631,4 𝑚3 ≤ 246,3 𝑚3
Como la capacidad del arco es excedida por la demanda de agua, la cantidad que excede, es
decir 385 m3 aproximadamente se deben enviar en carro tanques.
✓ Arco 3: Corresponde al tramo desde la planta de desalinización hasta Arjona. La distancia
en línea recta no debe exceder los 3Km. Es decir que para una tubería de radio 0,1143m, la
capacidad máxima es 123 m3. Al igual que el Arco 1, en este arco solo fluiría el 50% de la
demanda de la población, es decir: 224,1 m3.
Entonces la restricción del Arco 3 es:
224.1 𝑚3 ≤ 123,1 𝑚3
Como la capacidad del arco es excedida por la demanda de agua, la cantidad que excede, es
decir 101 m3 aproximadamente se deben enviar en carro tanques.
✓ Arco 4: representa el tramo entre la estación de conexión entre Turbaco y Arjona hasta
Turbaco. La distancia máxima estimada en línea recta seria 6 km, además, el flujo máximo
89
que pasaría por este Arco seria el 50% de la demanda diaria de Turbaco, equivalente a
262,3 m3. La restricción para un conducto de diámetro de 9 pulgadas seria
262,3 𝑚3 ≤ 246,3 𝑚3
Como la capacidad del arco es excedida por la demanda de agua, la cantidad que excede, es
decir 16 m3 aproximadamente se deben enviar en carro tanques.
✓ Arco 5: Tendría las mismas características de la restricción 3. Es decir que en este arco solo
fluiría el 50% de la demanda de la población de Arjona, es decir: 224.1 m3. La distancia no
excede los 3 km ni un diámetro de 450 mm:
La restricción seria:
224,1 𝑚3 ≤ 123,1 𝑚3
Como la capacidad del arco es excedida por la demanda de agua, la cantidad que excede, es
decir 101 m3 aproximadamente se deben enviar en carro tanques.
✓ Arco 6: desde la conexión intermunicipal entre Turbaco y Arjona, se impulsarán durante
los meses de Enero y Febrero máximo 145 m3 de agua diarios hasta el punto de
distribución de agua entre San Estanislao y Mahates, ubicado según lo establecido en el
diseño a 7 km de distancia, implementando para la tubería un diámetro de 228,6 mm.
Teniendo en cuenta esto la capacidad de ese arco seria de 287,3 m3
Es decir:
145 𝑚3 ≤ 287,3 𝑚3
En este caso si la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte de agua
diario.
✓ Arco 7: representa la distancia de 3 km desde la central de distribución entre San Estanislao
y Mahates, hasta el municipio de San Estanislao. Debido a que la demanda no es mucha pero
90
la distancia es corta, la capacidad del tramo es ligeramente inferior. La cantidad de flujo
máximo diario por la tubería seria de 134,5 m3.
Siendo entonces la restricción así:
134,5 𝑚3 ≤ 123,1 𝑚3
Como la capacidad del arco es excedida por la demanda de agua, la cantidad que excede, es
decir 11 m3 aproximadamente se deben enviar en carro tanques.
✓ Arco 8: corresponde al tramo de tuberías iniciado en el centro de distribución entre San
Estanislao y Mahates hasta este último municipio. Cuenta con una distancia en línea recta de
20 km aproximadamente. Estableciendo un diámetro de tubería de 228,6 mm el conducto
tendrá una capacidad de 820,9 m3, sobre excediendo totalmente las cantidades demandantes
por el municipio, quien pudiera recibir bombeo de la planta de desalinización solo los dos
primeros meses del año, por lo que se contempla su envío únicamente por carro tanques.
La restricción en el modelo será:
10,3 𝑚3 ≤ 820,9 𝑚3
✓ Arco 9: corresponde a un tramo de conexión de suministro de agua entre el municipio de San
Estanislao y Mahates con una distancia de 19 km. Para una tubería con diámetro de 228,6
mm, la capacidad seria de 779,8 m3. El flujo máximo seria el estimado como demanda total
diaria en el municipio proveniente de la planta de desalinización.
Es decir:
10,3 𝑚3 ≤ 779,8 𝑚3
Al igual que en la restricción anterior se contempla su envío únicamente por carro tanques.
✓ Arco 10: registra la distancia en línea recta aproximada de 22 km entre la locación de la
planta de desalinización y el municipio de María La Baja. La demanda diaria estimada Para
María La Baja es de 108,1 m3 diarios de agua desalinizada, por lo que estableciendo una
tubería de 228,6 mm de diámetro se tendrá una capacidad de 902,9 m3.
La restricción seria:
108,1 𝑚3 ≤ 902,9 𝑚3
91
La capacidad sobre excede la demanda del municipio. Se contempla su envío únicamente
por carro tanques. Dista de la planta de desalinización a unos 60 km de distancia
aproximados.
✓ Arco 11: representa el tramo del conducto dirigido desde la planta de desalinización hasta el
sistema de conexión de agua intermunicipal establecido por el diseño, que conduce el flujo
dirigido a los municipios de San Juan y San Jacinto. La distancia del tramo se estima en
máximo 30 km en línea recta, utilizando un diámetro de conducto de 228,6 mm, para el
manejo de la demanda diaria de San Juan estimada en 157,6 m3, y la demanda de San Jacinto,
estimada en 507,5 m3 , la restricción en este arco seria:
665 𝑚3 ≤ 1.231,3 𝑚3
En este caso si la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte.
✓ Arco 12: simula el recorrido del transporte de agua proveniente del sistema de interconexión
de agua para María La Baja, San Juan y San Jacinto, hasta el municipio de María La baja. Su
principal función es conectar con el municipio las recargas provenientes del acuífero o arroyo
Matuya. La distancia no excede los 3 km al área urbanizada del municipio y su tubería
establecida en el presente modelo contempla un diámetro de 9 pulgadas. El flujo máximo a
pasar por este arco se estima en el 25 % de la demanda del municipio.
La restricción seria:
27 𝑚3 ≤ 123,1 𝑚3
En este caso si la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte.
✓ Arco 13: este tramo conduce la misma cantidad de agua proveniente desde la planta de
desalinización, reimpulsada en el sistema de interconexión de aguas estipulado en el modelo,
hasta el acueducto regional de los municipios de San Juan y San Jacinto. Tiene una distancia
estimada en línea recta de 28 km. Se establece un diámetro de Tubería de 228,6 mm para
suplir la demanda de agua de los municipios. El flujo máximo transitado seria 665 m3, y la
capacidad del tramo es de 1.149,2 m3.
Entonces la restricción de este tramo seria:
92
665𝑚3 ≤ 1.149,2 𝑚3
En este caso la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte.
✓ Arco 14: representa la distancia que hay desde el acueducto regional a la urbe de San Juan,
establecido en 4 km. Para una demanda a San juan de 157,6 m3, para esta distancia una
tubería de 9 pulgadas de diámetro será ideal, alcanzando una capacidad de 164,2 m3.
Entonces la restricción seria:
157,6 𝑚3 ≤ 164,2 𝑚3
En este caso si la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte.
✓ Arco 15: establece las distancias entre el acueducto regional San Juan- San Jacinto y San
Jacinto, quien dista a una distancia máxima estimada a su urbe de 18 km. Para un flujo
máximo de 507,5 m3 de agua, es necesario designar una tubería de 228,6 mm de diámetro,
determinando una capacidad de 738,8 m3.
La restricción en el modelo sería:
507, 5 𝑚3 ≤ 738,8 𝑚3
En este caso si la tubería contemplada cuenta con la capacidad para el transporte.
✓ Arco 16: representa la distancia entre San Jacinto y San Juan, aproximadamente de 14 km.
En este arco diseñado para compartimiento de flujos en caso de emergencia, se estima un
15% de la demanda de cada municipio, ósea el 15 % de la oferta saliente del acueducto
regional, como flujo máximo, es decir 99,8 m3. Para efectos prácticos de optimización, se
establece en el modelo una tubería de 228,6 mm de diámetro, consiguiendo una capacidad
de 574,6 m3.
La restricción sería entonces:
99,8 𝑚3 ≤ 574,6 𝑚3
93
La capacidad excede la demanda del municipio. Se contempla su envío únicamente por
carro tanques a unos 14 km de distancia aproximados.
• Costos asociados a transporte de agua en carro tanques.
Con base al cálculo de la capacidad máxima de flujo transportado por tramos de tuberías en
los arcos estipulados en el diseño de red del modelo matemático, se determinó anteriormente
la cantidad de agua que debe ser transportada en carro tanques diariamente a los diferentes
municipios sometidos a estudio, los cuales se dividen en corregimientos y veredas. La Tabla
26 a continuación tabula la cantidad de suministro de agua faltante diario de cada municipio
por falta de capacidad de tuberías, y la estimación de los costos asociados a la cantidad de
carro tanques con capacidad máxima de 15 m3 y la distancia de transporte ida y vuelta.
Tabla 26. Demanda de carros tanques y costo de transporte de agua en municipios de Bolivar para la red de
integración
Municipio Faltante
(m3/día)
Distancia de
recorrido
(Km)
Combustible
mínimo
(gal/carro
tanque)
Costo de
transporte
($/km)
# Carro
tanques
Costo total
de
transporte
diario ($)
Arjona 202 6 1 355,8 13 27752,4
Mahates 0 0 0 0 0 0
María la Baja 108,07 120 4,8 355,8 7 298872,0
San
Estanislao
11 64 2,56 355,8 1 22771,2
San Jacinto 0 0 0 0 0 0
San Juan 0 0 0 0 0 0
Turbaco 271,26 26 1,04 355,8 18 166514,4
Total 592,33 216 9.4 39 515910,0
Fuente: Propia, elaborada para esta investigación.
5.9.2 Red de integración
El sistema macroscópico diseñado que se evidencia en la Figura 21, resalta como inicio de la
red una nueva planta de desalinización implementada para satisfacer las demandas de
los usuarios domésticos y agrícolas. Los requisitos de energía para estas plantas de
94
desalinización de agua de mar se pueden cumplir con combustibles fósiles (es decir, gas
natural, petróleo y carbón), biocombustibles (es decir, biomasa , biogás , biodiesel, y
bioetanol) y energía solar (Del Carmen Munguía, González & Ponce., 2019). El sistema
contempla el municipio de Arjona como el centro de conexión con otros municipios donde
se presentan los déficit de calidad de agua y saneamiento básico, donde además de la planta
de desalinización, en cada zona residencial de los municipios se contempla el uso de sistemas
de captación de aguas en techo, que contribuyen a las demandas de agua de diferentes
usuarios que pueden ser satisfechas dependiendo de las precipitaciones de la zona y que
también son apoyadas por el agua disponible en los cuerpos hídricos del departamento, como
lo son las cuencas y arroyos. Los tanques de almacenamiento de agua existentes y nuevos
también se consideran en la red de distribución. La Figura 19 muestra la estructura diseñada
para la presente investigación, donde las siglas “S.C.A.I” se refiere al sistema de conexión
de aguas intermunicipales existentes en el departamento, que hacen las funciones de puntos
de bombeos o sub estaciones de impulso del fluido, “A.R” indica el acueducto regional entre
los municipios nombrados y “R.N” representa las recargas naturales que contempla el sistema
integrado de redes de agua. Como se evidencia en la figura se establece así por medias líneas
solidas la conexión entre los municipios donde finalmente se encuentra para cada uno de
ellos la zona residencial (1) donde se implementan los sistemas de captación de aguas
pluviales en techo (SCAPT) y zonas agrícolas (2).
95
Figura 20. Macro sistema de integración - distribución de aguas desalinizadas, pluviales y potabilizadas en
Bolívar
Fuente: propia, elaborada para esta investigación.
La red presentada anteriormente fue diseñada con el propósito de establecer una metodología
de integración de aguas desalinizadas de mar y pluviales a los sistemas actuales de
distribución de aguas en el departamento de Bolívar, como componente principal de un plan
estratégico de mejora de mejora de suministro y continuidad del servicio en los municipios
estudiados e incluidos en la red, estableciendo así una alternativa viable y coherente que
permitiría disminuir los índices de déficits de cobertura del servicio y riesgos de calidad del
agua para consumo humano.
96
CONCLUSIONES
La investigación realizada manifestó una posible solución a la problemática de fondo
asociada a la falta de suministro de agua potable en la mayoría de los municipios de
departamento de Bolívar. En el estudio se evidencio la insuficiencia en los servicios de
distribución, calidad y saneamiento básico, donde el 74% de los municipios presentan un
nivel NO satisfactorio en la continuidad del servicio, además la cobertura de agua potable en
las cabeceras municipales está por encima del 90% bastante alta, sin embargo, en las zonas
rurales esta cobertura a duras penas supera el 40%.
Se evidenció mediante datos suministrados por entidades Gubernamentales, que la mayoría
de los municipios presentan alto índice de riesgo en la calidad del agua, donde se destaca la
inviabilidad del líquido para consumo humano en municipios como San Juan de
Nepomuceno y Turbaco por ser zonas escogidas para ser beneficiaria de la red de integración
de aguas planteada en este trabajo.
Se realizó un análisis estadístico referente a los datos pluviométricos tomado del IDEAM y
se observó que el promedio de lluvia anual entre los municipios seleccionados es de 1400
mm/año según las cifras encontradas en el registro de IDEAM, equivalente a 1400 L/año por
m2. En el análisis se observa que municipios como Arjona, San Jacinto, San Jacinto del Cauca
tienen alta presencia de agua lluvia, siendo los dos primeros Beneficiarios de la red de
Integración.
La tecnología seleccionada para captar agua de lluvia como fuente de abastecimiento fue los
sistemas de captación de agua pluvial en techos (SCAPT); por la calidad del agua captada,
por su viabilidad económica, fácil instalación y mantenimiento, y además no contamina el
ambiente.
La posibilidad de implementar la integración de agua potables, agua lluvia y agua de mar
desalinizada para consumo humano, contempló la selección de una tecnología eficaz para
97
este proyecto y con la ponderación propia realizada se comprobó lo expuesto por Mentís y
otros en 2016, donde la tecnología de Osmosis inversa es la que representa mejor opción para
potabilizar agua de mar, por su alto rendimiento en el proceso, altos volumen de agua bajo
una relación con costos energéticos y económicamente viables.
La alternativa propuesta en el presente proyecto de investigación donde se diseñó un
macrosistema de integración y distribución de agua potabilizadas en acueductos regionales y
aguas desalinizadas en una planta desalinizadora establecida como inicio de red, cuya
ubicación se plantea en Arjona por su cercanía al mar y un buen promedio de agua de
precipitación de agua lluvia, el sistema propuesto cubre 7 municipios del norte de bolívar (
Arjona, Mahates, María la Baja, San Estanislao de Kostska, San Jacinto, San Juan
Nepomuceno y Turbaco) y atreves de un modelo de optimización matemática brinda
información y atreves de sus restricciones de cómo debe ser la distribución del agua en la red
planteada.
Finalmente, el desarrollo de la investigación tuvo dentro de su misión fortalecer el grupo de
investigación en diseño de proceso y aprovechamiento de biomasa en su línea de integración
y análisis de proceso, proponiendo una alternativa de solución a los problemas de suministro
de agua para uso cotidiano en las zonas críticas del departamento contribuyendo así a la
temática de optimización de proceso, expandiendo la literatura existente y la ciencia en
general
98
7. RECOMENDACIONES
• Actualizar la base de dato del IDEAM referente a la precipitación en los municipios
del departamento de Bolívar y evaluar anualmente el modelo, ya que algunos
municipios no aparecen por falta o daños de estaciones pluviométricas en el momento
de la toma de dato de la investigación.
• Buscar la manera de introducir al modelo, captación de agua de los acuíferos
superficiales y subterráneos, para tener todos los actores y así proponer a los
gobiernos locales o entidades sin ánimo de lucro.
• Evaluar el modelo en otras zonas del departamento donde exista el bajo suministro
de agua potable y con deficiencia en la calidad de esta, independientemente de la
distancia al mar y contra arrestar con el alto índice de pluviosidad de esta zona.
99
8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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9. ANEXOS
Anexo A. Tabla de datos de cobertura de agua potable de municipios de Bolívar entre
los años 2016-2018
Municipio 2016 2017 2018 Población.
cabecera
2018 ACHÍ 95,01% 95,01% 95,01% 4.368
ALTOS DEL ROSARIO 90,00% 90,00% 90,00% 8.926
ARENAL 100,00% 100,00% 100,00% 5.604
ARJONA 85,00% 85,00% 85,00% 60.282 ARROYOHONDO 100,00% 100,00% 100,00% 7.042
BARRANCO DE LOBA 45,01% 45,01% 59,00% 6.594
CALAMAR 55,00% 55,00% 85,00% 13.788
CANTAGALLO 95,01% 95,01% 100,00% 4.724 CICUCO 90,00% 90,00% 98,00% 7.690
CLEMENCIA 41,00% 41,00% 86,00% 10.950
CÓRDOBA 95,00% 95,00% 95,00% 3.054
EL CARMEN DE BOL. 100,00% 100,00% 100,00% 62.870 EL GUAMO 100,00% 100,00% 100,00% 4.404
EL PEÑÓN 39,99% 39,99% 75,00% 4.240
HATILLO DE LOBA 90,00% 90,00% 90,00% 3.616
MAGANGUÉ 80,00% 80,00% 95,00% 86.406 MAHATES 98,00% 98,00% 98,00% 10.262
MARGARITA 80,03% 80,03% 95,00% 1.794
MARÍA LA BAJA 50,00% 50,00% 90,00% 22.226
MONTECRISTO 50,00% 50,00% 61,00% 12.169 MOMPÓS 50,00% 50,00% 66,00% 26.786
MORALES 80,01% 80,01% 100,00% 6.153
NOROSÍ 35,02% 35,02% 75,00% 2.142
PINILLOS 95,01% 95,01% 95,01% 2.778 REGIDOR 100,00% 100,00% 100,00% 4.833
RÍO VIEJO 100,00% 100,00% 100,00% 10.403
SAN CRISTÓBAL 85,00% 85,00% 98,00% 5.725
SAN ESTANISLAO 42,00% 42,00% 78,00% 12.276 SAN FERNANDO 90,02% 90,02% 90,02% 3.000
SAN JACINTO 15,00% 15,00% 50,00% 21.066
SAN JACINTO DEL C. 50,01% 100,00% 100,00% 4.134
SAN JUAN N. 85,00% 85,00% 88,00% 27.175 SAN MARTÍN DE L. 94,99% 94,99% 94,99% 7.947
SAN PABLO 100,00% 100,00% 100,00% 31.906
SANTA CATALINA 62,01% 62,01% 73,00% 4.896
SANTA ROSA 5,00% 5,00% 85,00% 15.476 SANTA ROSA DEL S. 100,00% 100,00% 100,00% 25.587
SIMITÍ 95,00% 95,00% 95,00% 10.968
SOPLAVIENTO 49,01% 49,01% 88,00% 8.334
TALAIGUA NUEVO 94,99% 94,99% 96,00% 5.488 TIQUISIO 48,00% 48,00% 65,00% 6.629
TURBACO 85,00% 85,00% 85,00% 69.955
TURBANA 30,00% 30,00% 30,00% 14.278 VILLANUEVA 55,00% 55,00% 90,00% 18.970
ZAMBRANO 100,00% 100,00% 100,00% 10.851
TOTAL BOLÍVAR
(PROM.PONDERADO POR
PESO POBLACIONAL Y No. DE USUARIOS)
85% 90,6% 94 % 698.765
Fuente: AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P. marzo de 2019
107
Anexo B. Nomenclatura de Municipios para Figura 2
Fuente: AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P. marzo de 2019 – Propia
No Municipio No Municipio
01 ACHÍ 24 PINILLOS
02 ALTOS DEL
ROSARIO
25 REGIDOR
03 ARENAL 26 RÍO VIEJO
04 ARJONA 27 SAN CRISTÓBAL
05 ARROYOHONDO 28 SAN ESTANISLAO
06 BARRANCO DE
LOBA 29 SAN FERNANDO
07 CALAMAR 30 SAN JACINTO
08 CANTAGALLO 31 SAN JACINTO DEL C
09 CARTAGENA 32 SAN JUAN N.
10 CICUCO 33 SAN MARTÍN DE L.
11 CLEMENCIA 34 SAN PABLO
12 CÓRDOBA 35 SANTA CATALINA
13 EL CARMEN DE
BOL.
36 SANTA ROSA
14 EL GUAMO 37 SANTA ROSA DEL S.
15 EL PEÑÓN 38 SIMITÍ
16 HATILLO DE LOBA 39 SOPLAVIENTO
17 MAGANGUÉ 40 TALAIGUA NUEVO
18 MAHATES 41 TIQUISIO
19 MARGARITA 42 TURBACO
20 MARÍA LA BAJA 43 TURBANA
21 MONTECRISTO 44 VILLANUEVA
22 MOMPÓX 45 ZAMBRANO
23 MORALES 46 PINILLOS
108
Anexo C. Cobertura de alcantarillado en Bolívar
Fuente: AGUAS DE BOLIVAR S.A. E.S.P. marzo de 2019 – Propia
MUNICIPIO POB. URBANA 2018 % COBERTURA
ACHÍ 4.368 0%
ALTOS DEL ROSARIO 8.926 16%
ARENAL 5.604 0%
ARJONA 60.282 30%
ARROYOHONDO 7.042 0%
BARRANCO DE LOBA 6.594 40%
CALAMAR 13.788 0%
CANTAGALLO 4.724 88%
CARTAGENA DE INDIAS 994.690 95%
CICUCO 7.690 0%
CLEMENCIA 3.054 0%
CÓRDOBA 10.950 0%
EL CARMEN DE BOLÍVAR 62.870 10%
EL GUAMO 4.404 0%
EL PEÑÓN 4.240 0%
HATILLO DE LOBA 3.616 30%
MAGANGUÉ 86.406 32%
MAHATES 10.262 0%
MARGARITA 1.794 64%
MARÍA LA BAJA 22.226 0%
MOMPÓS 12.169 48%
MONTECRISTO 26.786 0%
MORALES 6.153 95%
NOROSÍ 2.142 0%
PINILLOS 2.778 63%
REGIDOR 4.833 0%
RÍO VIEJO 10.403 51%
SAN CRISTÓBAL 5.725 0%
SAN ESTANISLAO 12.276 0%
SAN FERNANDO 3.000 80%
SAN JACINTO 21.066 0%
SAN JACINTO C. 4.134 0%
SAN JUAN N. 27.175 0%
SAN MARTÍN DE LOBA 7.947 51%
SAN PABLO 31.906 59%
SANTA CATALINA 4.896 0%
SANTA ROSA 15.476 0%
SANTA ROSA DEL SUR 25.587 84%
SIMITÍ 10.968 0%
SOPLAVIENTO 8.334 0%
TALAIGUA NUEVO 5.488 13%
TIQUISIO 6.629 0%
TURBACO 69.955 0%
TURBANA 14.278 39%
VILLANUEVA 18.970 0%
ZAMBRANO 10.851 0%
TOTAL BOLÍVAR 1.693.455 25%
109
Anexo D. Valores de IRCA en el departamento de Bolívar
Municipio IRCA Nivel de riesgo
Achí 75 Alto
Altos del rosario 14 Bajo
Arenal 75 alto
Arjona 12 Bajo
Arroyo hondo 22.5 Medio
Barranco de loba 85.3 Inviable
Calamar 25 Medio
Cantagallo 20 Medio
Cartagena de indias 0 sin riesgo
Cicuco 43.8 Alto
Clemencia 45.6 Alto
Córdoba 92.4 Inviable
El Carmen de bolívar 10 Bajo
El guamo 75 alto
El peñón 75 Alto
Hatillo de loba 92.4 inviable
Magangué 0 Sin riesgo
Mahates 44.9 alto
Margarita 92.4 inviable
María la baja 75 Alto
Mompox 75 Alto
Montecristo 68.8 Alto
Morales 75 Alto
Norosí 29.3 medio
Pinillos 75 Alto
Regidor 0 Sin riesgo
Río viejo 75 alto
San Cristóbal 92.4 inviable
San Estanislao 75 Alto
San Fernando 66.7 Alto
San Jacinto 0 Sin riesgo
San Jacinto del Cauca. 92.4 Inviable
San Juan n. 85.4 Inviable
San Martín de loba 62.3 Alto
San pablo 34.4 Medio
110
Fuente: Modificado del Boletín calidad del agua Minambiente 2017
Anexo E. Análisis estadístico de precipitación de agua lluvia en el departamento de
Bolívar.
• Achí se ubica en el margen izquierda del Río Cauca, cerca de los límites con
el Departamento de Sucre, en la llamada Depresión momposina; con 1741 m2 y 20 m
sobre el nivel del mar. El comportamiento de las precipitaciones en Achí para los años
2013 hasta 2017 se muestra en la Figura E1 que evidencia la alta variabilidad de las
precipitaciones en ese lapso de tiempo, siendo el primer semestre de cada año el que
presenta menos pluviosidad en la zona.
Santa catalina 45.6 Alto
Santa rosa 92.4 inviable
Santa rosa del sur 0 Sin riesgo
Simití 0 Sin riesgo
Soplaviento 92.4 Inviable
Talaigua nuevo 28.1 medio
Tiquisio 59.4 alto
Turbaco 85.3 inviable
Turbana 3 Sin riesgo
Villanueva 75 Alto
Zambrano 75 Alto
111
Figura E1 Comportamiento de la precipitación en el municipio de Achí 2013-2017
Fuente: propia
También se registró para el municipio de Achí la media mensual de las precipitaciones
durante el periodo estudiado, en el gráfico de valores medio de la Figura E2. En este se
destacan los meses de octubre y noviembre como los de mayores índices de pluviosidad en
el año.
Figura E2. Promedio mensual de la precipitación en municipio de Achí 2013-2017
Fuente: propia
0200400600800
1000120014001600
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Achi
2013 2014 2015 2016 2017
37.8 81135.8 114
545.2
349.52
190.6
524.80422.4
830.6
684.6
336.6
0100200300400500600700800900
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
112
• Altos del Rosario limita al norte y oriente con el municipio de Barranco de Loba, al
occidente con el municipio de Bolívar y al sur con el municipio de Tiquisio, con una
superficie aproximada de 249 m2 y 850 m sobre el nivel del mar. Para el periodo estudiado
muestra un comportamiento similar en el desarrollo de las precipitaciones. La Figura E3
muestra el comportamiento de pluviosidad en el periodo de 5 años estudiado y la Figura
E4 muestra las medias mensuales donde al igual que Achí, octubre y noviembre
sobresalen con mayores índices de pluviosidad pero en menor cantidad que Achí.
Figura E3. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Altos del Rosario 2013-2017
Fuente: propia
0100200300400500600700800
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Altos del Rosario
2013 2014 2015 2016 2017
113
Figura E4. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Altos del Rosario 2013-2017
Fuente: propia
• Arenal está ubicado en la zona suroriental del departamento de Bolívar, Su extensión
territorial es de 534 km². Su altura es de 65 msnm y su temperatura es de 30°C. Su territorio
se extiende desde la Serranía de San Lucas, en el sur, hasta la zona pantanosa del Cerro de
Gómez en la Vereda Sereno en el norte.
Figura E5. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Arenal 2013-2017
Fuente: propia
8 2
60.8
138.6
239.8212.2
20.4
144.00117.4
336.34
288.2
51
0
50
100
150
200
250
300
350
400
ENERO FEBRE * MARZO * ABRIL*
MAYO * JUNIO * JULIO *AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Arenal
2013 2014 2015 2016 2017
114
La figura E5 muestra como para el primer trimestre y ultimo mes en los años estudiado existio
poca presencia de lluvias, mientras que para los meses de septiembre y octubre hay mayores
precipitaciones en el municipio, tal cual lo evidencia la Figura E6 de las medias mensuales
de los indices de pluviosidad para el municipio de Arenal.
Figura E6. Promedio mensual de la precipitación en municipio de Arenal 2013-2017
Fuente: propia
• Barranco de Loba está ubicado en el centro sur del departamento de Bolívar, a 25 minutos
de El Banco (Magdalena) y a 8 horas de Cartagena de Indias. Con una superficie de 416 km2
y 23 m.s.n.m. El Municipio de Barranco de Loba limita al Norte con los municipios de Hatillo
de Loba y Pinillos; al Sur con los municipios de Tiquisio y Río Viejo, al este con el municipio
de San Martín de Loba y al Oeste con los municipios de Pinillos y Altos del Rosario. Es de
los municipios con mayor índice de pluviosidad presentada en los años 2013-2017, siendo el
tercero en Bolívar. La Figura E7 evidencia constantes lluvias en el periodo estudiado para el
segundo y cuarto trimestre de cada año, mientras la Figura E8 destaca como los meses de
agosto, septiembre, octubre y noviembre son los de mayor pluviosidad en el municipio.
2.9812.14
46.16
104.86
198
132.74
72.08
136.4
176.2
226.14
140.94
29.82
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
115
Figura E7. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Barranco Loba 2013-2017
Fuente: propia
Figura E8. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Barranco Loba
Fuente: propia
• Cicuco hace parte de la Zona de Desarrollo de la depresión momposina. Limita al occidente
con el municipio de Talaigua Nuevo, al oriente con Magangué y al norte con el departamento
de Magdalena y al sur con el municipio de Mompox. Una superficie de 103 km2 y 19 m.s.n.m.
de media. La Figura E9 indica que presento para los años en estudios precipitaciones en
0
100
200
300
400
500
600P
reci
pit
ació
ne
s (m
m/m
2)
Meses
Precipitación en Barranco de loba
2013 2014 2015 2016 2017
6.8
54 55.8
196.4212.2
154.6
65.2
261.2
224.4
362.2
214.2
47.6
0
50
100
150
200
250
300
350
400
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
116
menor grado mientras que la Figura E10 muestra que la media mensual no superó los 200
mm por m2 al año y como los primeros 2 meses no hay casi nada de lluvia.
Figura E9. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Cicuco 2013-2017
Fuente: propia
Figura E10 Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Cicuco 2013-2017
Fuente: propia
• Córdoba, también llamado Córdoba Tetón; limita al norte con el municipio de Zambrano,
al occidente con el municipio de El Carmen de Bolívar y el departamento de Sucre, al sur
0
100
200
300
400
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Cicuco
2013 2014 2015 2016 2017
9.8 8
39
55.8
168.4
84.6
60.8
142.4
115.2
157
140.2
7.2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
117
con el municipio de Magangué y al oriente con el departamento de Magdalena. Tiene una
superficie aproximada de 150 km2 y 25 m.s.n.m. Al igual que Cicuco presentan bajos
registros de precipitaciones y su media mensual para el índice de pluviosidad tampoco supera
los 200 mm por m2 al año. Las Figuras E11 y E12 evidencia el comportamiento de las
precipitaciones en el periodo de tiempo estudiado.
Figura E11. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Córdoba 2013-2017
Fuente: propia
Figura E12. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Córdoba 2013-2017
Fuente: propia
0
50
100
150
200
250
300
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2
Meses
Precipitación en Cordoba
2013 2014 2015 2016 2017
0.4
20.4
43
65.6
100.6
83.671.4
139.8
102.8118
55
16.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
118
• El Carmen de Bolívar: es un municipio ubicado a 114 km al sudeste de Cartagena de Indias.
Se encuentra en el sistema orográfico de la Serranía de San Jacinto, muy cerca del litoral
Caribe colombiano. Es el tercer municipio más poblado del departamento. Con 954 km2 de
extensión es unos de los más extensos del departamento y con una media en su altura de 197
m.s.n.m.
Figura E13. Comportamiento de la precipitación en el municipio del Carmen de Bolívar 2013-2017
Fuente: propia
Durante los años 2013-2017 presento una alta variabilidad en las lluvias sin embargo sus
registros no fueron altos en términos de pluviosidad. La figura E13 confirmo este
comportamiento, mientras que la Figura E14corrobora dicho comportamiento en la media
mensual registrada para los índices de pluviosidad en el municipio.
0
50
100
150
200
250
300
ENERO FEBRE * MARZO * ABRIL*
MAYO*
JUNIO * JULIO *AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Carmen de Bolivar
2013 2014 2015 2016 2017
119
Figura E14. Promedio mensual de la precipitación en el municipio del Carmen de Bolívar
Fuente: propia
• El Guamo limita al norte con el municipio de Calamar y con el departamento de Magdalena, al
occidente y al sur con el municipio de San Juan Nepomuceno y al oriente con el departamento
de Magdalena, con 390 km2 de extensión y 73 m.s.n.m.
El guamo es de los municipios con menor registro de lluvias en los últimos años, la Figura E15
muestra cómo se desarrolló la actividad pluviométrica entre los años 2013-2017 en el municipio,
confirmando lo anterior y corroborando también por medio del gráfico de la Figura E16 la baja
tasa mensual de lluvias presentadas en el municipio.
3.34
16.04
81.24
44.88
126.54
60.8652.2
115.44
75.02
122.82
56.18
9.76
0
20
40
60
80
100
120
140
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
120
Figura E15 Comportamiento de la precipitación en el municipio del Guamo 2013-2017
Fuente: propia
Figura E17. Promedio mensual de la precipitación en el municipio del Guamo 2013-2017
Fuente: propia
• Magangué está a orillas del río Magdalena, en esta desembocan los ríos Cauca y San
Jorge en el Magdalena. En sus registros de pluviosidad mostrados en la Figura E17, durante
los últimos años muestra como a partir del inicio del segundo semestre hay un ligero aumento
en las tasas de precipitaciones. La Figura E18 indica los valores medios establecidos para el
0
50
100
150
200
250
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en el Guamo
2013 2014 2015 2016 2017
1.7
23.586
38.46
96.36 96
72.66 69.2864.58
79.06
55.68
23.34
4.24
0
20
40
60
80
100
120
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
121
municipio respecto a la cantidad de lluvia caída en la zona donde se destacan los meses de
mayo, junio y agosto como los de mayor presencia de lluvias.
Figura E17. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Magangué 2013-2017
Fuente: propia
Figura E18. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Magangué 2013-2017
Fuente: propia
0100200300400500600700
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Magangue
2013 2014 2015 2016 2017
8 11.4
66.8 76.6
166.78
197.4 208.6
306.2
155
218.4
144
34.2
0
50
100
150
200
250
300
350
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
122
• Mahates limita al norte con el Canal del Dique que sirve de límite con los municipios de
San Estanislao, Soplaviento y San Cristóbal, al oriente limita con Arroyo hondo, al sur con
María La Baja y San Juan Nepomuceno y al occidente con Arjona.
Figura E19. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Mahates 2013-2017
Fuente: propia
Figura E20. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Mahates 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Mahates
2013 2014 2015 2016 2017
11.80
42.6
91.2
137
106.6119.8
197
153171.6
88
35.4
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
123
• Margarita: limita al norte y el oriente con el departamento de Magdalena, al occidente con
el municipio de San Fernando y al sur con los municipios de Hatillo de Loba y Pinillos. Sus
registros de lluvias mes a mes durante los años 2013-2017 evidencian que para los meses de
abril, mayo y octubre se presentaron lluvias más constantes en el municipio, tal como lo
muestra la Figura E21, donde se destaca el mes de octubre como el de mayor índice de
pluviosidad, superando los 200 mm por m2 en un año, tal como lo indica la Figura E22.
Figura E21. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Margarita 2013-2017
Fuente: propia
Figura E22. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Margarita 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
500
600
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Margarita
2013 2014 2015 2016 2017
3
34 40.6
189.8 182.8
74.8288.4
187.6168
233.32
103.96
13
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
124
• María la Baja limita al norte con el municipio de Arjona, al este con Mahates y San
Juan Nepomuceno, por el oeste con San Onofre (Departamento de Sucre), y por el
sur con San Jacinto. La capital del departamento, Cartagena de Indias, se encuentra a
72 km al norte; tiene 547 km2 de extensión y una altura de 14 m.s.n.m. aproximados.
La información pluviométrica presentada en la Figura E23 indica la baja actividad de
lluvias registrada en los últimos años para el primer trimestre, sin embargo para los
meses de agosto, septiembre y octubre, la Figura E24 confirma el aumento de las
precipitaciones.
Figura E23. Comportamiento de la precipitación en el municipio de María la baja 2013-2017
Fuente: propia
Figura E24. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de María la Baja 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
500
600
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Maria la baja
2013 2014 2015 2016 2017
11.2 9.1822.64
81.32
226.34
88.38
134.6
226.3
202.9221.78
126.36
47.72
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
125
• Mompox o Mompos es un distrito especial, Turístico, Histórico y Cultural en mérito del
estado de conservación de su centro histórico fue declarada Monumento Nacional en
1959 y Patrimonio de la Humanidad por las UNESCO en 1995. Mompox limita con los
municipios de Pinillos y San Fernando. Su cabecera municipal está a 248 km de
Cartagena de Indias. Posee 646 km2 de extensión y 33 m.s.n.m. de promedio de altura.
Figura E25. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Mompox 2013-2017
Fuente: propia
Mompox es de los municipios con mayor registro de precipitación en Bolívar. La Figura
E25 mostro su comportamiento desde los años 2013-2017, donde se puede visualizar
como para el segundo semestre hay un aumento de la actividad pluviométrica a diferencia
del primer semestre donde es muy baja. En la Figura E26 también se puede ver como
para los meses de mayo, junio y agosto las lluvias superan los 240 mm por m2 en un año.
0100200300400500600700
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Mompox
2013 2014 2015 2016 2017
126
Figura E26. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Mompox 2013-2017
Fuente: propia
• Pinillos: se localiza sobre la margen derecha del río Magdalena a dos kilómetros de la
desembocadura del río Cauca en dicho río. Limita al norte con los municipios de Santa
Cruz de Mompox y San Fernando, al sur con los Municipios de Tiquisio y Achí, al oriente
con los municipios de Altos del Rosario y Barranco de Loba y al occidente con
Magangué. 754 km2 de extensión y 31 m.s.n.m. aproximados
Figura E27. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Pinillos 2013-2017
Fuente: propia
1428
50 50.6
249 242.34
199
266.4
176163.8 173.6
34.6
0
50
100
150
200
250
300
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Pinillos
2013 2014 2015 2016 2017
127
Figura E28. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Pinillos 2013-2017
Fuente: propia
• Regidor, situado aproximadamente a 420 km de la capital Cartagena de Indias, con una
Superficie de 396 km² y 38 m.s.n.m, presenta un índice de pluviosidad muy irregular. Como
es tendencia en los municipios de Bolívar, este también presenta baja actividad pluviométrica
en el primer trimestre del año, luego como lo registran los gráficos de las Figuras E29 y E30,
la tendencia aumenta para el segundo trimestre. Se destaca también el mes de octubre como
el mes de mayor índice de lluvias.
17.16 10.34 15.92
192.66
306.04
148.62
91.5
137.92
107.2
160.9
52.72
2.66
0
50
100
150
200
250
300
350
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
128
Figura E29. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Regidor 2013-2017
Fuente: propia
Figura E30. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Regidor 2013-2017
Fuente: propia
• San Estanislao o San Estanislao de Kotska, se localiza, muy cerca del Canal del Dique; a
con 216 km2 y 160 m.s.n.m. el municipio presenta un informe con alta variabilidad de las
lluvias entre los años 2013 y 2017. La Figura E31 muestra el comportamiento mes a mes de
este lapso de tiempo y corrobora con la Figura E32 la alta irregularidad de las lluvias en el
municipio, siendo como en muchos otros casos, el mes de octubre el de mayor registro
pluviométrico.
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Regidor
2013 2014 2015 2016 2017
2.2 8.624.4
131.8
91.278.8
90.4
124.8 122.4
219.6
166.8
45
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Prescipitacion en valores medios
129
Figura E31. Comportamiento de la precipitación en el municipio de San Estanislao 2013-2017
Fuente: propia
Figura E32. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de San Estanislao 2013-2017
Fuente: propia
• San Fernando está situado a orillas del rio Magdalena a unos 260 Km de distancia a la
Capital Cartagena, con 675 km2 de extensión y unos 33 m.s.n.m. de altura promedia. Este
municipio limita al norte con el Municipio de Mompox, al sur con el Municipio de Margarita,
al oriente con el Río Magdalena y al occidente con el municipio de Hatillo de Loba y Pinillos.
Presenta una leve diferencia a favor en el registro pluviométrico con respecto a San
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Estanislao
2013 2014 2015 2016 2017
1.620.4 17.2
97.56
176.6
128.02 130.4
184.02175.2
206.4
140.8
24.4
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
130
Estanislao, teniendo como común denominador el mes de octubre como el de mayor
presencia de lluvias, y el primer trimestre como los de menor pluviometría. Así lo registran
las Figuras E33 y E34 mostradas a continuación.
Figura E33. Comportamiento de la precipitación en el municipio de San Fernando 2013-2017
Fuente: propia
Figura E34. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de San Fernando 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
500
600
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Fernando
2013 2014 2015 2016 2017
729
63.4 70
167
87.2 77.2
182.4171.6
241.4
203.6
64.8
0
50
100
150
200
250
300
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
131
• San Juan Nepomuceno: limita por el norte con los municipios del El Guamo y Calamar,
por el este con el municipio de Mahates y por el oeste los municipios de Zambrano y San
Jacinto, por el sur con los municipios de San Jacinto y María la Baja. Tiene una extensión
aproximada de 675 km² y una altura de 167 m.s.n.m. Presenta un índice de pluviosidad casi
igual al de San Estanislao, con más precipitaciones constantes después del primer trimestre
del año. La Figura E35 muestra este comportamiento que a pesar de ser constante no supera
los 200 mm por m2 en el año. La Figura E36 confirma lo anterior mostrando la media de la
precipitación mensual en el municipio donde mayo y agosto destacan con los valores más
altos.
Figura E35. Comportamiento de la precipitación en el municipio de San Juan Nepomuceno 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Juan de Nepomuceno
2013 2014 2015 2016 2017
132
Figura E36. Promedio mensual de precipitación en el municipio de San Juan Nepomuceno 2013-2017
Fuente: propia
• San Martin de Loba con 449 km2 de extensión y 10 m.s.n.m. en promedio, está ubicado a
445 km de Cartagena, se encuentra localizado al sur oriente del departamento de Bolívar,.
Los registros de pluviometría de los últimos años estudiados muestran bastante irregularidad
en la constancia de las lluvias, según el grafico de la Figura E37. Sin embargo se determinó
una media mensual en algunos meses del año mayor a los 200 mm por m2, así lo indica la
figura E38 para los meses de abril, agosto y octubre.
Figura E37. Comportamiento de la precipitación en el municipio de San Martin de Loba 2013-2017
Fuente: propia
16.4226.34
88.32
125.56
166.98
105.2
152.64
176
116.54
159.5
127.24
49.02
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
ENERO FEBRE * MARZO * ABRIL*
MAYO * JUNIO * JULIO *AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Prescipitacion en valores medios
0100200300400500600700
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Martin de loba
2013 2014 2015 2016 2017
133
Figura E38. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de San Martin de Loba 2013-2017
Fuente: propia
• San Pablo está ubicada a 576 km de Cartagena, este municipio se ubica a sobre la margen
izquierda del rio Magdalena y limita por el norte con Santa Rosa del sur y Simití, por el sur
con Cantagallo, al occidente con el departamento de Antioquia y al oriente con el
departamento de Santander. Con 2086 km2, es uno de los municipios más extenso y con 75
m.s.n.m. aproximado. También es de los municipios en Bolívar con mayor índice de
pluviosidad, registrando en los últimos años una constante actividad de lluvia después del
primer trimestre del año, como lo muestra la Figura E39.
Por otra parte, la información de los promedios mensuales de la lluvia en la Figura E40
confirma lo anterior concluido, evidenciando como para los meses de abril, mayo, agosto y
octubre se datan actividades superiores a los 200 mm por m2 al año.
9.2
46.8
81.4
220.8
178.8
76.856.6
202.2
157.6
292.2
148.8
18.4
0
50
100
150
200
250
300
350
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
134
Figura E39. Comportamiento de la precipitación en el municipio de San Pablo 2013-2017
Fuente: propia
Figura E40. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de San Pablo 2013-2017
Fuente: propia
• Santa Rosa del sur, a 720 km de Cartagena de Indias, se encuentra en la serranía de San
Lucas cordillera central de ahí su 650 m.s.n.m. y 2800 km2 de extensión; limita por el sur
con el municipio de Segovia Antioquia, por el oriente con Simití y San Pablo, por el
occidente con el municipio de Montecristo, bañado por quebradas y ríos en la parte norte.
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en San Pablo
2013 2014 2015 2016 2017
20.2
53.6
152.2
217.6
299
191.8
142.6
219.2190
236.4
159.8
94.4
0
50
100
150
200
250
300
350
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses del año
Precipitación en valores medios
135
También hace parte de los municipios con mayor actividad de lluvias, especialmente en los
meses de mayo a octubre, donde en los últimos años se ha visto una regularidad tal como lo
evidencia la Figura E41. Sin embargo las tasas de lluvia mes a mes que se pueden observar
en la Figura E42 no muestran alto intensidad de lluvia mensualmente.
Figura E41. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Santa Rosa del Sur 2013-2017
Fuente: propia
Figura E42. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Santa Rosa del Sur 2013-2017
Fuente: propia
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Santa Rosa del Sur
2013 2014 2015 2016 2017
19.5 27.38
124.18139.58
271.06
170.12153.86
190.36
119.8
204.02
96.84
42.24
0
50
100
150
200
250
300
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
136
• Simití, a 584 km de Cartagena de Indias cuenta con una extensión de 1.238 Km2 y se ubica
a una altitud de 45 m.s.n.m. Este municipio tiene una alta irregularidad en la actividad
pluviométrica que se registra en el estudio de los últimos años, en especial del 2013 al 2017.
Así lo muestra la Figura E43 del comportamiento de precipitaciones. Además la tasa de
promedio mensual en la Figura E44 permite observar baja intensidad comenzando y
finalizando el año.
Figura E43. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Simití 2013-2017
Fuente: propia
Figura E44. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Simití 2013-2017
0
100
200
300
400
500
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Simiti
2013 2014 2015 2016 2017
7.426.6
54.4
105.8
232.2
184.4
67.6
149 150.8
203.6
74.2
21.2
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
137
Fuente: propia
• Tiquisio: Se sitúa a 340 km de Cartagena de Indias. Limita al norte con los municipios de
Barranco de loba y Pinillos. Con 758 km2 de extensión y una media de 300 m.s.n.m. Tal cual
como se observa en la Figura E45, donde la actividad de lluvia en los últimos años de
Tiquisio ha sido baja, también se manifiesta la media mensual de las precipitaciones en el
municipio. En la Figura E46 se visualiza como solo en el mes de octubre se alcanza un valor
aceptable de lluvia respecto a los demás meses del año. Tiquisio es uno de los municipios
donde se registra menor actividad pluviométrica en Bolívar.
Figura E45. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Tiquisio 2013-2017
Fuente: propia
Figura E46. Promedio mensual de la precipitación en el Municipio de Tiquisio 2013-2017
0
200
400
600
800
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Tiquisio
2013 2014 2015 2016 2017
4.8 3.2
36.858.6
150.4
71.2
40.8
69.485.2
230.2
148.6
57.6
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIEPre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
138
Fuente: propia
• Turbaco limita al norte con los municipios de Santa Rosa y Villanueva; Al este con San
Estanislao de Kotska; Al Sur con Arjona y Turbana y al Occidente con Turbana y Cartagena;
con 176 km2 de extensión y 200 m.s.n.m. A pesar de su cercanía al mar es de los municipios
con menor tasa de precipitaciones. El grafico de comportamiento de las actividades
pluviometrías desde 2013 hasta 2017 en la Figura E47 demuestra como el primer trimestre
la baja actividad de lluvia es notoria, y apenas mediando el año se toman algunos registros
de lluvia pero con muy baja intensidad. Como lo muestra la Figura E48, solo el mes de
septiembre tiene un promedio de lluvia mayor a 200 mm por m2 al año.
Figura E47. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Turbaco 2013-2017
Fuente: propia
050
100150200250300350
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Turbaco
2013 2014 2015 2016 2017
139
Figura E48. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Turbaco 2013-2017
Fuente: propia
• Zambrano se sitúa en la ribera del río Magdalena a unos 168 km de la capital del
departamento, Cartagena de Indias. Tiene aproximadamente 302 km², limita al norte con el
municipio de San Juan Nepomuceno, al sur con el municipio de Córdoba, al este con el
municipio de Plato (Departamento del Magdalena) y al oeste con el municipio del Carmen
de Bolívar y San Jacinto. Con una altura de 20 m.s.n.m.
Figura E49. Comportamiento de la precipitación en el municipio de Zambrano 2013-2017
Fuente: propia
0.18 0.6
27.4
84.68
114.62
60.84
81.98
128.9
215.62
160.94 158.82
9.74
0
50
100
150
200
250
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios
0
50
100
150
200
250
300
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en Zambrano
2013 2014 2015 2016 2017
140
Zambrano es el segundo municipio con menor valor de precipitaciones registrados
anualmente. El comportamiento de precipitaciones evidenciado en la Figura E49,
permitió observar la poca regularidad de las lluvias en el municipio desde el año 2013
hasta 2017. Y el grafico de la precipitación en valores medios de la Figura E50 evidencia
la baja intensidad pluviométrica en la zona. No se alcanza a superar siquiera los 150 mm
por m2 al año.
Figura E50. Promedio mensual de la precipitación en el municipio de Zambrano 2013-2017
Fuente: propia
1319.64
30
53.3
104.96
135.68
105.46 108.6
63.7471.72
35.14
14.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
ENERO FEBRE*
MARZO *ABRIL *
MAYO*
JUNIO *JULIO
*AGOST
* SEPTI *OCTUB
NOVIE * DICIE
Pre
cip
itac
ión
es
(mm
/m2)
Meses
Precipitación en valores medios