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1 METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE AGUAS LLUVIAS CON UN MECANISMO DE SEPARACIÓN DE PRIMER FLUJO VARIABLE Proyecto de grado realizado por David Moreno Lozano Asesor Juan Pablo Rodríguez, PhD., Ingeniero Ambiental y Civil. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ D.C., COLOMBIA, JUNIO DEL 2020

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METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN

SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE AGUAS LLUVIAS

CON UN MECANISMO DE SEPARACIÓN DE PRIMER

FLUJO VARIABLE

Proyecto de grado realizado por

David Moreno Lozano

Asesor

Juan Pablo Rodríguez, PhD., Ingeniero Ambiental y Civil.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y

AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C., COLOMBIA, JUNIO DEL 2020

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Page 3: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

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CONTENIDO

RESUMEN ........................................................................................................................................... 4

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 5

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................. 7

2.1 Objetivo general .................................................................................................................... 7

2.2 Objetivos específicos ............................................................................................................ 7

3. MARCO TEÓRICO...................................................................................................................... 8

3.1 Sistemas de recolección de aguas lluvias .............................................................................. 8

3.1.1 Captación ...................................................................................................................... 9

3.1.2 Conducción ................................................................................................................... 9

3.1.3 Interceptor de las primeras aguas ................................................................................ 10

3.1.4 Almacenamiento ......................................................................................................... 11

3.2 Metodologías de dimensionamiento .................................................................................... 12

3.2.1 Método de la Organización Panamericana de la Salud ................................................ 13

3.2.2 Métodos de Fewkes ..................................................................................................... 14

3.2.3 Método de balance de agua diario ............................................................................... 16

3.2.4 Método de demanda del periodo seco ......................................................................... 18

3.2.5 Almacenamiento o confiabilidad del sistema (SARET) .............................................. 19

3.3 Importancia de la separación del primer lavado .................................................................. 21

3.4 Mecanismos de separación .................................................................................................. 22

3.4.1 Desviadores manuales ................................................................................................. 22

3.4.2 Desviadores de volumen constante .............................................................................. 23

3.4.3 Desviadores dependientes de la intensidad de lluvia ................................................... 26

3.4.4 Mecanismo a implementar .......................................................................................... 27

4. METODOLOGÍA DE DISEÑO ................................................................................................. 28

4.1.1 Necesidad .................................................................................................................... 28

4.1.2 Obtención de información de lluvia ............................................................................ 28

4.1.3 Volumen de separación (mecanismo de separación de aguas lluvia de volumen

variable) 31

4.1.4 Dimensionamiento del tanque de recolección ............................................................. 34

5 EJEMPLO DE COMPARACIÓN .............................................................................................. 38

6 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 41

7 RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS ................................................................. 42

8 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 43

Page 4: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

4

RESUMEN

En este proyecto se realiza una revisión bibliográfica de los sistemas de recolección de aguas

lluvias y de los métodos de su diseño. Luego se desarrolla un método que permita dimensionar

este tipo de sistemas y se añade un factor novedoso, la implementación de un mecanismo de

separación de primer flujo de escorrentía con volumen variable. Finalmente se compara el

método con otro mediante un ejemplo de cálculo, obteniendo que el método propuesto arroja

resultados más eficientes en términos del volumen del tanque de almacenamiento obtenido y

la demanda de agua que se puede proporcionar.

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1. INTRODUCCIÓN

Una de las problemáticas y retos más importantes en el mundo moderno es la necesidad de

abastecer a la creciente población mundial con agua, pues el acceso al agua es considerado

como un derecho fundamental para todo ser humano; este suministro no debe sólo satisfacer

las necesidades fundamentales, sino que también necesidades en el campo de la industria y en

el sector agrícola. Aunque los gobiernos han hecho esfuerzos en suplir la demanda de agua, se

estima que cerca de 3 de cada 10 personas carecen de acceso de agua potable a su hogar, y que

alrededor del doble están desprovistos de saneamiento seguro. [1]

Respecto a la situación de Colombia con el agua, este país es uno de los más ricos del mundo

hídricamente hablando, pues la oferta es seis veces mayor al promedio de la oferta mundial y

tres veces mayor a la oferta en la región latinoamericana. Gracias a esto, cerca del 70% de la

energía producida en Colombia proviene de plantas hidroeléctricas, por lo que este recurso es

de vital importancia para el país [2]; sin embargo, pese a la gran oferta de agua, a nivel general,

la mayoría de la población y las actividades económicas se dan en lugares donde hay déficit en

las cuencas hídricas para suplir la demanda. [3]

Por estas razones, la recolección de agua lluvia ha sido una alternativa interesante para suplir

las diferentes necesidades básicas asociadas al agua. Uno de los pasos más importantes para el

diseño de los sistemas recolección, es el dimensionamiento del tanque de almacenamiento,

pues si este es muy grande, el sistema resultará muy costoso; por el contrario, si el tanque es

muy pequeño, no se asegurará suplir la demanda de agua. [4]

En el proceso de recolección de aguas lluvias, es conveniente hacer la separación del primer

flujo que cae, pues este, al lavar la superficie que capta la lluvia, llevará consigo los

contaminantes depositados en los techos. Por lo tanto, el uso de estos dispositivos es de vital

importancia, ya que se logra que el agua almacenada tenga una mejor calidad. [5] El problema

es que estos dispositivos son diseñados para separar un mismo volumen de agua en todas las

condiciones, y no siempre se requerirá separar el mismo volumen en todas ellas, porque la

cantidad de suciedad y contaminantes depositados en el techo puede variar a lo largo del año,

y porque son diferentes las condiciones ambientales y climatológicas en lugares diferentes.

Con lo anterior en mente, este proyecto busca diseñar una metodología para realizar el

dimensionamiento de un sistema de recolección de aguas lluvias, incorporando un dispositivo

de separación de primer flujo con volumen variable, para así poder variar el volumen a separar

Page 6: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

6

para las condiciones específicas del lugar, logrando así, un diseño que funcionará para

diferentes casos y no uno sólo en específico.

Page 7: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

• Desarrollar una metodología que permita dimensionar un sistema de recolección de

aguas lluvias de uso doméstico, usando un tanque de separación de aguas lluvia con

volumen variable.

2.2 Objetivos específicos

• Hacer una revisión bibliográfica de los sistemas de recolección de aguas lluvias y sus

componentes.

• Diseñar un mecanismo de separación de primer flujo de aguas lluvia que funcione para

diferentes volúmenes de agua.

• Realizar una hoja de cálculo para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento

de agua.

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3. MARCO TEÓRICO

3.1 Sistemas de recolección de aguas lluvias

Los sistemas de recolección de agua lluvias son utilizados para aprovechar el agua en

precipitación que cae sobre algún tipo de cubierta, la cubierta permite captar el agua y es

transportada a través de canales hacia tanques de almacenamiento; una vez allí, puede ser

utilizada en el momento que se requiera bien sea para descarga de sanitarios, riego, lavado de

pisos, o en ciertas ocasiones, el consumo si se hace tratamiento.

En general los sistemas de recolección no tienen muchas diferencias entre sí, generalmente un

sistema está compuesto por tres fases: Captación del agua, conducción y almacenamiento, [6]

pero dependiendo de las necesidades y del sistema que se esté diseñando, puede haber

variaciones entre componentes, como el separador del primer flujo de agua, filtros, distribución

por gravedad, por bombeo o uso de tratamientos para posibilitar el consumo del agua, como

se mencionó anteriormente. En la Figura 1, se muestra un esquema general de los sistemas de

recolección con sus componentes principales:

Figura 1. Esquema general de captación pluvial en techos. [7]

A continuación, se hará una descripción de cada componente para un sistema de captación de

uso doméstico, pues el propósito del proyecto es desarrollar la metodología de diseño para su

uso en zonas rurales.

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9

3.1.1 Captación

Es la superficie en la que cae el agua y facilita su dirección hacia los canales de

almacenamiento; la superficie captadora principalmente es el techo y debe tener una pendiente

adecuada para que cumpla su propósito, su área debe ser calculada como el área en planta del

techo y no la inclinada. La captación también se puede hacer por medio de techos o cubiertas

verdes, los cuales aparte del papel que juegan en el cuidado ambiental (captura de CO2),

cumplen un rol en la arquitectura, pues son agradables visualmente.

Con el tiempo, se ha mejorado en los materiales empleados en la construcción de los techos,

los más comunes con techos de plástico, de acero, polimglass, aluminio y cerámica [7]. Se

recomienda minimizar la cantidad de ramas por encima del techo para evitar el excremento de

pájaros o suciedad producida por otros animales, también se debe evitar el acceso a roedores

ya que pueden introducir agentes patógenos y bacterias al agua [8], se debería limpiar el techo

una vez al mes, ya que mientras más se limpie este, mejor será la calidad del agua.

Figura 2. Techo de acero. [9]

3.1.2 Conducción

La conducción del agua del techo al tanque de almacenamiento se hace mediante canaletas,

están hechas de gran variedad de materiales, los más comunes son en PVC y acero galvanizado,

el más recomendable de estos es el PVC, porque no disminuyen la calidad del agua y además

tienen un periodo de vida largo [8]. Su instalación debe hacerse de manera correcta, evitando

zonas planas para que no se posibilite la reproducción de mosquitos. Es recomendable también

el uso de rejillas en las canaletas, así se evita la obstrucción de estas y se previene la

acumulación de materiales grandes como hojas o ramas.

Page 10: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

10

Figura 3. canaleta con rejilla. [10]

3.1.3 Interceptor de las primeras aguas

El interceptor es un tanque más pequeño que el tanque de almacenamiento y su función es

impedir que el material indeseable ingrese al lugar de almacenamiento, este material es todo el

proveniente del techo que se encuentra al comienzo de la lluvia y no es separado por las rejillas

de las canaletas, con esto se logra minimizar los contaminantes en el agua almacenada. [7]

El diseño de este tanque debe tener en cuenta el volumen que se debe separar, un estimado

común de separación es de 1L por metro cuadrado de captación. Existen diferentes métodos de

separación del primer flujo de agua, esto se explicará más a detalle en la sección 3.4.

La Figura 4 muestra un esquema de uno de los tipos de separación:

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Figura 4. Interceptor de primeras aguas.

Como se muestra, en este dispositivo este tanque tiene la función de retener el primer flujo de

agua, cuando se llene, el nivel de agua hará que la bola tape la entrada al tanque, por lo que el

agua que sigue ingresando al sistema se desviará al tanque de almacenamiento.

3.1.4 Almacenamiento

Una vez se ha separado el agua del primer flujo de escorrentía, el agua se dirige hacia el lugar

de almacenamiento, este se puede hacer mediante tanques de plástico, depósitos de cemento o

acero galvanizado; también es posible depositar del agua en pequeños estanques cubiertos con

lonas. Se recomienda que los tanques tengan tapa para evitar el riesgo de entrada de

contaminantes [8]. El material empleado depende del tipo de uso que se le vaya a dar al agua,

así como el presupuesto disponible.

El tamaño del tanque dependerá del área de captación y de la cantidad de lluvia que cae en el

lugar, por lo que se debe hacer un análisis hidrológico para estimar adecuadamente el volumen

óptimo de este tanque [7]. Este dimensionamiento es importante en un sistema de recolección

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de agua lluvia, pues debe haber un balance ente la oferta de agua y la demanda de esta. Si se

sobre dimensiona el tanque, se incurrirá en sobrecostos innecesarios; por el contrario, si se tiene

un tanque muy pequeño, no se dará abasto a la demanda de agua y se desperdiciará agua que

se puede almacenar.

La ubicación se debe hacer en un lugar bajo de fácil acceso en el caso de sistemas de

recolección simple, generalmente se sitúan cerca de la canaleta bajante y colocan a una altura

conveniente para poder extraer el agua de forma sencilla; en sistemas más complejos, se ubican

los tanques bajo el suelo, requiriendo el uso de bombas para facilitar la distribución del agua.

Figura 5. Tanques de almacenamiento de agua.

3.2 Metodologías de dimensionamiento

Se describirán 4 métodos para dimensionar sistemas de recolección de aguas lluvia,

principalmente el volumen del tanque de almacenamiento, estos métodos son: el método de la

Organización Panamericana de la salud (en él se puede calcular el tamaño del tanque o el área

de techo necesaria para una demanda de aguadada), los métodos de Fewkes (donde se

describirán 3 métodos), el método de balance de agua diario (donde se dimensiona el tanque a

partir de datos de lluvia diarios), el método de demanda del periodo seco (donde el principal

factor d cálculo es el periodo de tiempo que no habrá lluvia) y por último el método SARET

(para determinar la confiabilidad del sistema).

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3.2.1 Método de la Organización Panamericana de la Salud

En el método implementado por la Organización Panamericana de la salud se toma como base

los datos de precipitación de los últimos 10 o 15 años, con esto, se determina la cantidad de

agua que cae por metro cuadrado y a partir de esto se determina: a) el área de techo necesario

para suplir una demanda de agua dada y la capacidad del tanque de almacenamiento, o b) el

volumen de agua y el volumen requerido para un área de techo dado. [11]

Los pasos que componen este método son:

Determinación de la precipitación promedio mensual: A partir de la información

pluviométrica de alrededor de 15 años se obtiene el valor promedio mensual de precipitación,

expresado en mm/mes.

Determinación de la demanda: Se toma una dotación por persona de agua y se calcula la

cantidad de agua a suministrar.

𝐷𝑖 =𝑁𝑢 × 𝑁𝑑 × 𝐷𝑜𝑡

1000

Nu: número de personas

Nd: número de días del mes

Dot: dotación (L/persona x día)

Di: demanda mensual (m^3)

Determinación del volumen del tanque de abastecimiento: Obtenida la precipitación

promedio mensual, se procede a calcular la cantidad de agua captada en cada mes:

𝐴𝑖 =𝑃𝑝𝑖 × 𝐶𝑒 × 𝐴𝑐

1000

Ppi: precipitación promedio mensual (L/m2)

Ce: coeficiente de escorrentía

Ac: área de captación

Ai: oferta de agua en el mes i (m3)

Una vez realizado esto, se procede a calcular el acumulado de agua de cada mes para la oferta

y la demanda y luego se calcula la diferencia de los valores acumulados de oferta y demanda

mes a mes.

Page 14: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

14

Cuando se realizan los cálculos, las áreas de techo que produzcan resultados negativos en las

diferencias acumulativas indican que no son lo suficientemente grandes para suplir la demanda,

mientras que el área mínima del techo corresponde al resultado de una diferencia acumulativa

cercana a 0 para algún mes del año. El acumulado de oferta y demanda se puede determinar de

la siguiente manera:

𝐴𝑎𝑖 = 𝐴𝑎𝑖−1 +𝑃𝑝𝑖 × 𝐶𝑐 × 𝐴𝑐

1000

𝐷𝑎𝑖 = 𝐷𝑎𝑖−1 +𝑁𝑢 × 𝑁𝑑𝑖 × 𝐷𝑑𝑖

1000

Aai: oferta acumulada en el mes i

Dai: demanda acumulada en el mes i

𝑉𝑖 = 𝐴𝑖 − 𝐷𝑖

Vi: volumen de almacenamiento requerido en el mes i

Ai: volumen captado en el mes i

Di: volumen demandado en el mes i

Ventajas del método:

• Es un método fácil de usar.

• Se puede utilizar para calcular el área del techo necesaria para abastecer una demanda

de agua o también para dimensionar el tanque de almacenamiento.

Desventajas del método:

• El volumen calculado del tanque no es óptimo, ya que se abastece una demanda menor

de la que el tanque es capaz de suplir,

3.2.2 Métodos de Fewkes

El primer de los métodos desarrollados por Fewkes se basa principalmente en un balance de

masa [12]:

𝑉𝑡 = 𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 − 𝐷𝑡

Sujeto a:

Page 15: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

15

0 ≤ 𝑉𝑡 ≤ 𝑆 Con:

Vt: agua almacenada al final del intervalo de tiempo t

Qt: entrada de agua en el intervalo de tiempo t

Dt: demanda de agua en el intervalo de tiempo t

S: capacidad de almacenamiento

Ahora:

𝑌𝑡 = min {𝐷𝑡

𝑉𝑡−1 𝑉𝑡 = min {

𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 − 𝑌𝑡

𝑆 − 𝑌𝑡

𝑌𝑡 = min {𝐷𝑡

𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 𝑉𝑡 = min {

𝑉𝑡−1 + 𝑄𝑡 − 𝑌𝑡

𝑆

Donde:

Yt: rendimiento del almacenamiento en el intervalo de tiempo

El segundo método que se estableció fue con una relación matemática para determinar un

tamaño de tanque adecuado, La siguiente relación expresa la eficiencia de aprovechamiento de

agua ET:

𝐸𝑇 =𝐴𝑅

𝐷

Donde:

A: área de captación (m2)

R: promedio de precipitación anual (m)

D: promedio de demanda anual (m3)

El tamaño del tanque puede ser calculado con:

𝑆 = 𝑋𝐷𝑑

S: volumen del tanque

X: número de días de almacenamiento

Dd: promedio diario de demanda (L)

Page 16: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

16

En el tercer método el tamaño del tanque es determinado por un porcentaje de uso del promedio

de precipitación, o por la demanda (el valor menor), la ecuación para esta aproximación es la

siguiente:

𝑆 = 𝑃𝐴𝐶𝑓𝐹𝑅

P: porcentaje definido por el usuario (recomendación de un 5%)

Cf: coeficiente de escorrentía

F: Eficiencia del sistema d filtro

Ventajas del método:

• Se aprovecha la totalidad del agua que cae en el área de captación, debido a que el

agua almacenada en un periodo de tiempo es igual o menor al almacenamiento del

tanque.

Desventajas del método:

• Es un método difícil de entender.

• No se tienen criterios saber cuál sub-método usar.

3.2.3 Método de balance de agua diario

Este método se desarrolló con base a un algoritmo que hace uso de los datos de lluvia diaria,

el área de recolección de lluvia, el coeficiente de escorrentía, el volumen de almacenamiento

disponible y la demanda de agua. [13]

Se empleó un modelo de balance de agua para estimar el tamaño del tanque de almacenamiento,

la ecuación de balance de agua usada se muestra a continuación:

𝑆𝑡 = 𝑆𝑡−1 + 𝑅1 − 𝐷𝑡 0 ≤ 𝑆𝑡−1 ≤ 𝑉𝑡𝑎𝑛𝑘

Donde:

St: volumen de agua almacenado al final del día “t” (m3)

St-1: volumen de agua almacenado al inicio del día “t” (m3)

Rt: volumen de agua que cae sobre el área de recolección durante el día “t” (m3)

Dt: demanda de agua en el día “t” (m3)

Vtank: Capacidad de almacenamiento de agua (m3)

Page 17: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

17

Los cálculos que hay que realizar para obtener cada término en la ecuación son los siguientes:

• Determinación del volumen de agua que cae en el techo:

El volumen diario(m3) de agua “cosechada” (Rt) para un área de techo se calcula como:

𝑅𝑡 = 𝐶 ∙ 𝐴 ∙ 𝑃𝑒𝑓𝑓,𝑡

C: Coeficiente de escorrentía

A: Área de recolección (m2)

Peff,t: Precipitación efectiva diaria al final del día “t”

• Determinación del agua demandada:

𝐷𝑡 = 𝑁𝑐𝑎𝑝 ∙ 𝑞 ∙𝑝

100

Dt: demanda de agua diaria

Ncap: número de residentes

q: total de agua diaria demandada diaria por persona

p: Porcentaje de agua demandada que debe abastecer el sistema

• Determinación del área mínimo de recolección:

Con base en los datos de precipitación diaria, la precipitación media anual 𝑃𝑒𝑓𝑓̅̅ ̅̅ ̅̅ puede ser

calculada como:

𝑃𝑒𝑓𝑓̅̅ ̅̅ ̅̅ = 365

∑ 𝑃𝑒𝑓𝑓,𝑡𝑁𝑖=1

𝑁

N: número de datos obtenidos

Consecuentemente, el volumen medio anual de agua recolectada �̅� (m3) Puede ser calculado

con la siguiente ecuación:

�̅� = 𝐶 ∙ 𝐴 ∙ 𝑃𝑒𝑓𝑓̅̅ ̅̅ ̅̅

Donde C es el coeficiente de escorrentía, A es el área de captación (m2) y 𝑃𝑒𝑓𝑓̅̅ ̅̅ ̅̅ es la

precipitación media anual (m). Por otro lado, Basado en la demanda de agua diaria, es posible

calcular la demanda promedio anual �̅� (m3) de la siguiente forma:

Page 18: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

18

�̅� = 365 ∙ 𝑁𝑐𝑎𝑝 ∙ 𝑞 ∙𝑝

100

Finalmente, asumiendo que el volumen anual promedio recolectado es igual al promedio de

demanda de agua anual, entonces el área mínima de recolección Amin (m2) se calcula como:

𝐴𝑚𝑖𝑛 = 365 ∙𝑞

𝐶 ∙ 𝑃𝑒𝑓𝑓̅̅ ̅̅ ̅̅

∙𝑝

100∙ 𝑁𝑐𝑎𝑝

Ventajas del método:

• Se posibilita calcular el tamaño del tanque de almacenamiento con base a necesidades

de agua diarias. Es una ventaja porque se tiene más conocimiento de los balances de

agua en intervalos de tiempo menores que en otros métodos.

Desventajas del método:

• La precipitación diaria puede llegar a ser muy variable, mientras que la precipitación

en periodos de tiempo de meses cambia menos; por ende, puede que el volumen del

tanque calculado no sea óptimo si existe mucha variabilidad entre los datos.

3.2.4 Método de demanda del periodo seco

El método de demanda del periodo seco se fundamenta que se debe satisfacer la necesidad de

agua en el periodo seco anual más largo, así si se diseña para este periodo crítico, se asegurará

abastecimiento a lo largo del año [13]. Esta es una alternativa de cálculo para determinar el

tamaño del tanque de recolección.

En este método, el tamaño del tanque Vtank.dd se calcula como se muestra

𝑉𝑡𝑎𝑛𝑘.𝑑𝑑 = 𝑁𝑑𝑑 ∙ 𝑁𝑐𝑎𝑝 ∙ 𝑞 ∙𝑝

100

Donde Ndd es el número de días secos, Ncap es la cantidad de usuarios del sistema, q es el uso

diario de agua por persona (m3) y p es el porcentaje del total de demanda que se debe satisfacer.

El periodo seco es definido como el periodo en el que se tiene una precipitación efectiva igual

o menor a 1mm.

Page 19: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

19

Ventajas del método:

• Es un método simple de implementar.

• Se puede elegir la cantidad de días de abastecimiento en ausencia de lluvia asumiendo

el periodo de tiempo seco Ndd.

Desventajas del método:

• El método depende mucho de los periodos secos, es necesario determinar cuál es el

periodo adecuado a utilizar.

• No se tiene conocimiento de la precipitación recurrente en el lugar.

3.2.5 Almacenamiento o confiabilidad del sistema (SARET)

Este método provee una alternativa de cálculo a los métodos anteriores. Por sus siglas en ingles

SARET utiliza un generador de precipitación no paramétrico y estima la confiabilidad en que

los sistemas pueden cumplir varios usos de agua, también se utiliza para calcular el volumen

de almacenamiento que debe tener el tanque. Es un modelo construido en Visual Basic y está

disponible su descarga gratuita.

El diagrama de flujo del funcionamiento del programa es mostrado a continuación:

Page 20: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

20

Figura 6. Diagrama de flujo del método SARET.

Ventajas del método:

• Se puede calcular tanto el volumen del tanque como la confiabilidad del sistema para

cumplir la demanda de agua.

Desventajas del método:

• No se proporciona mucha información a cerca del calculo de la probalilidad de los

días secos y húmedos.

Page 21: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

21

3.3 Importancia de la separación del primer lavado

Los dispositivos que desvían el primer flujo de escorrentía son de vital importancia en los

sistemas de recolección de agua lluvia, estos, separan y capturan el agua cargada de sedimentos

provenientes del techo y tubería, contaminantes que son arrastrados por los primeros minutos

de lluvia.

Los contaminantes que mayormente se encuentran en el primer flujo de escorrentía son: larvas

de mosquito (producto de una interrupción en el flujo de agua en las canaletas, lo que causa

represamiento), metales pesados (por la oxidación de los techos metálicos con el tiempo),

polvo, hojas, excreción de animales y bacterias. [8]

Aunque muchos expertos están de acuerdo en que se generan beneficios al separar el primer

flujo de escorrentía, no hay consenso de cual es al volumen de separación óptimo, ya que este

puede depender de varios factores. La siguiente tabla proporción información acerca de cuál es

el volumen óptimo de separación para diferentes condiciones:

Tabla 1. Volumen de separación óptimo. [14]

Referencia Especificaciones Separación recomendada

(Yaziz, et al. 1989) Seguridad contra contaminación microbiana

0,33 mm

(Ntale, et al. 2003) - Valor empírico - Se debe disminuir en temporada de lluvia

0,83 mm o primeros 10 minutos de lluvia

(Martinson y Thomas, 2005) Basado en medidas de muestra Por cada mm lavado, la carga contaminante será reducida a la mitad

(Cunliffe, 1998) Para un techo promedio 20 a 25 litros

(Rain Harvesting) - Contaminación mínima - Contaminación media - Contaminación alta

- 0.2 mm - 0.5 mm - 2 mm

(Pacey and Cullis, 1986) Primeros 10 minutos del evento de lluvia

(Texas Water Development Board, 2005)

Dependiendo de días secos, escombros, árboles y la estación del año

0.41mm a 0.82 mm

(Michaelides, 1987) Basado en trabajo experimental en Tailandia

0.28 mm

Los factores que afectan la cantidad del flujo a separar son los siguientes:

Page 22: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

22

• Material del techo: Por su composición química, rugosidad y mantenimiento.

• Características del techo: Tamaño, exposición al sol, viento y contaminación.

• Características de los eventos de lluvia: Intensidad, viento y concentración de

contaminantes en el aire.

• Características meteorológicas: estación, periodos de sequía, y contaminación

atmosférica.

• Ubicación del techo: Proximidad a árboles y abundancia de animales. [14]

Es por esta cantidad de factores que no se puede responder a la pregunta de cuánta es la cantidad

que se debe separar con una sola respuesta, por lo que hay que considerar aquellos factores más

predominantes en cada caso.

La forma en que se puede hacer la separación del primer flujo es variada, en la siguiente sección

se presentan los tipos de mecanismos de separación de primer flujo de escorrentía

3.4 Mecanismos de separación

A medida que estos dispositivos cobran importancia en los sistemas de recolección de aguas

lluvia, ha habido más diversidad de mecanismos de separación con el tiempo. Estos

dispositivos pueden ser instalados fácilmente y se pueden ser diseñados haciendo uso de

materiales económicos como el PVC. [14]

A continuación, se presentan los diferentes tipos de mecanismos de separación de primer flujo

de escorrentía:

3.4.1 Desviadores manuales

Este es el tipo de mecanismo más sencillo, una persona debe accionar manualmente el

dispositivo, el funcionamiento está basado en que se deja una conexión abierta al tanque de

almacenamiento, por lo que el usurario, en el momento de un evento de lluvia, luego de unos

minutos, cuando se haya hecho el lavado del techo, debe hacer la conexión manual del sistema

de conducción al tanque de almacenamiento.

Page 23: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

23

Figura 7. Mecanismo de separación manual.

El problema de este tipo de desviadores es que la persona debe estar atenta en cada caso de

lluvia para conectar el sistema al tanque de almacenamiento; por lo tanto, cuando no haya

nadie que lo conecte se perderá la posibilidad de almacenar agua.

El beneficio es la simplicidad de funcionamiento, pues no requiere partes adicionales y es el

más barato.

3.4.2 Desviadores de volumen constante

A diferencia del primer tipo de mecanismo, estos mecanismos funcionan de forma semi

automática, pues una vez ha pasado el evento de lluvia, se requiere la intervención de una

persona para vaciar el volumen separado.

El dispositivo es instalado antes de la entrada el tanque de almacenamiento, de forma que

primero se separa la cantidad necesaria para luego almacenar el agua aprovechable. La Figura

8 muestra la forma en que este concepto funciona, cuando se llena la cantidad necesaria a

separar, la bola flotante tapa la entrada al conducto de separación, por lo que el agua que

continúa entrando no se separa y se dirige hacia el lugar del almacenamiento.

Page 24: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

24

Figura 8. Separación de volumen constante, mecanismo con bola. [14]

Para que el proceso funcione nuevamente en otra lluvia, se debe vaciar el volumen separado

mediante una tapa removible al final del conducto.

Otro tipo de dispositivo de separación a volumen constante son los que funcionan con peso, se

calcula la cantidad de agua que se debe separar, y volumen de separación, con su peso, modifica

la ruta que debe seguir el agua en el sistema de recolección, llevando el agua que cae

posteriormente al tanque de almacenamiento.

Figura 9. Separación de volumen constante, mecanismo accionado con peso. [14]

Page 25: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

25

También existen mecanismos automáticos, que separan un poco más de agua de la necesaria,

pero se regulan automáticamente, pues no requiere un operario para vaciar el volumen

separado.

Figura 10 Separación de volumen constante, mecanismo automático

La Figura 11 muestra otro mecanismo de separación constante, su funcionamiento se basa en

que la boya ubicada dentro del tanque de retención subirá con el nivel de agua retenido, cuando

llegue a cierto volumen de agua, se tapará el conducto de entrada y se desviará el agua para

hacer su recolección en el tanque de almacenamiento.

Figura 11. Mecanismo de separación de volumen constante, retenedor de primer flujo. [15]

Page 26: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

26

3.4.3 Desviadores dependientes de la intensidad de lluvia

Finalmente, hay mecanismos que funcionan a partir de la intensidad de lluvia, esto, bajo el

concepto de que, a baja intensidad, no habrá el suficiente flujo de agua para hacer la limpieza

del sistema.

El dispositivo es ubicado en una válvula antes de la entrada al almacenamiento, en la válvula,

se coloca una bola de plástico hueca, una goma elástica y una placa deflectora perforada,

Cuando comienza a llover, el agua baja desde el techo y golpea la placa deflectora que atenúa

el flujo, el agua cae a través de las perforaciones en la placa y algo de agua entra en la bola y

tapa la entrada de lugar de separación. Hay un retraso entre cuando se alcanza la intensidad

mínima y cuando la válvula se cierra para permitir que la lluvia de alta intensidad limpie

adecuadamente la superficie. Cuando está lloviendo, el agua se escapa lentamente de la pelota,

abriendo eventualmente la válvula y reiniciando el dispositivo.

Figura 12. Mecanismo dependiente de la intensidad de lluvia. [14]

Otro mecanismo dependiente de la intensidad es mostrado en la Figura 13. Cuando empieza la

intensidad de lluvia es baja, el agua se desviará por la parte inferior (fig 13,a) una vez la

intensidad alcanza cierta intensidad, el momento generado en la pared hará que rote sobre el

eje obstruyendo la salida inferior y guiando el agua hacia el lugar de almacenamiento (fig 13,b

y 12,c). Al final del evento de lluvia, como la intensidad es baja, el contrapeso hará que la pared

vuelva a su lugar y el sistema quedará listo para la siguiente lluvia.

Page 27: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

27

Figura 13. Mecanismo de separación dependiente de la intensidad, sistema con contrapeso. [16]

3.4.4 Mecanismo a implementar

El mecanismo que se usará en el diseño final es de volumen de separación variable, lo que

permite separar el flujo para diferentes condiciones, lo cual es conveniente ya que como bien

se mostró en la sección 3.2, el volumen a separar depende de muchos factores que pueden ser

variables con el tiempo. Se usará un mecanismo de volumen variable cuyo funcionamiento será

explicado en la sección 4.1.3.

Page 28: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

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4. METODOLOGÍA DE DISEÑO

En este capítulo, se explica la metodología adoptada para hacer el dimensionamiento de un

sistema de recolección de aguas lluvias, en este será incorporado un mecanismo de separación

de volumen variable, lo que lo hace novedoso y útil para cualquier tipo de condición.

El planteamiento es similar al método del cálculo del volumen del tanque de almacenamiento.

Primero se definirá la necesidad de implementar el sistema, luego se deberá obtener

información de la precipitación recurrente en el lugar, después se estimará el volumen óptimo

a separar y finalmente, con la información de precipitación, se calculará el volumen requerido

del tanque de almacenamiento.

4.1.1 Necesidad

Para implementar un sistema de recolección de agua lluvia primero se tiene que plantear una

necesidad, pues, aunque su instalación puede no ser muy costosa si se hace con materiales

reciclables adecuados, su uso no siempre es necesario en todos los casos.

Se debe evaluar si en el lugar que se desea construir un sistema, se dará un uso aprovechable

al agua que se va a almacenar, bien sea para riego de plantas o vegetación, para el lavado de

superficies, lavado de carros, o descarga de sanitarios y orinales.

Si no se tiene claro para qué fin se va a usa el agua, no tiene sentido construir un sistema de

recolección que se use poco o directamente no se use.

Es necesario también verificar si es provechosa la recolección de agua, pues si se piensa

implementar en lugares donde no cae mucha lluvia, esta alternativa de obtención de agua no

será costo-beneficiosa; es por esto que, la obtención de información de lluvia juega un papel

importante.

4.1.2 Obtención de información de lluvia

Como se mencionó, el tener la información de lluvia del lugar es importante para plantearse

si se puede o no realizar la implementación de un sistema de recolección de agua lluvia.

Este es uno de los parámetros más importantes de entrada en el modelo, pues con esto se estima

la cantidad de agua que se puede almacenar (oferta de agua) en el sistema.

Page 29: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

29

En el caso de Colombia, la información de precipitación histórica se puede obtener a través del

IDEAM, se solicita la información de alguna estación cercana al proyecto, y así se obtiene la

serie histórica de precipitación.

Por ejemplo, si se desea construir un sistema en una casa localizada en el sector de Fenicia en

Bogotá, se puede pedir la información de precipitación de la estación VENADO ORO

VIVERO (21205580), que está ubicada cerca del sector.

Figura 14. Selección de la estación (rojo), sector de fenicia (azul). [17]

La información que se obtiene es la siguiente:

Page 30: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

30

Tabla 2. Precipitación historia de la estación. [17]

Ahora se debe calcular el promedio mensual multianual para los años de la serie histórica:

Tabla 3. Precipitación mensual promedio. [17]

Estos serán los datos de entrada para el cálculo del volumen del tanque de almacenamiento.

Año Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

1965 25 5 170 169 48

1966 2 84 87 73 93 75 43 62 33 83 237 244

1967 19 31 106 126 114 123 70 60 70 77 208 67

1968 10 56 34 239 36 112 81 33 79 164 177 48

1969 62 57 5 33 64 64 61 65 76 211 87 127

1970 106 114 45 33 108 84 80 38 75 267 150 9

1971 42 102 179 187 183 68 49 71 86 94 96 155

1972 113 96 89 104 134 20

1973 28 6 44 108 64 60 64 100 136 141 125 130

1974 50 141 90 110 99 31 47 29 57 126 196 36

1975 9 90 76 107 155 54 121 79 75 137 133 182

1976 23 69 71 50 89 61

1977 10 42 75 158 55 59 73 46 124 234

1978 0 56 66 179 116 81 46 75 82 107 95 57

1979 52 43 152 156 153 100 75 111 59 237 256 57

1980 56 116 11 147 42 135 55 91 86 97 110 105

1981 12 44 42 110 288 66 38 71 48 82 182 109

1982 65 186 263 93 60 53 38 90 105 111

1983 32 58 138 264 129 41 64 34 41 167 81 58

1984 114 37 152 85 116 57 104 90 62 75 27

1985 9 35 74 145 33 46 81 155 136 16

1987 134 139

1988 0 59 80 52 70 92 96 245 241 227

1989 0 34 277 84 99 64 76 17 80 65 122 185

1990 58 72 150 166 47 54 31 181 25

1991 87 52 163 73 91 39 77 123 51 32

1992 74 110 43 65 109 68 41 218 79

1993 83 121 91 170 45

1994 184 70 53 63 152 66 107 90 41 101 116 28

1995 20 94 116 134 124 89 40 64 38 75 108 148

1996 50 154 77 138 45 117 57 34 142 122 93

1997 396 16 55 61 58 77 120 58 44 82 94 6

1998 25 68 142 137 236 68 89 69 52 106 123 132

1999 137 132 183 91 58 100 33 58 70 165 159 105

2000 102 166 132 127 109 61 18

2001 16 94 162 37 74 77 62 56 83 59 119 89

2002 62 33 108 193 177 153 53 76 83 96 64 130

2003 17 65 125 124 38 67 65 52 92 228 184 57

2004 32 179 56 162 160 140 38 81 44 193 55

2005 50 51 34 93 275 39 36 37

2007 180

2008 35 108 141 90 207 89 85 98 59 95 246 178

2009 134 126 151 129 38 59 59 45 31 159 109 44

2010 29 25 48 286 193 108 145 49 64 150 202

2011 78 207 237 223 165 81 79 40 30 213 256 175

2012 136 49 168 226 38 54 81 83 37 164 108 81

2013 5 218 77 231 112 21 55 65 234 91

2014 79 49 173 69 110 93 63 28 44 166 215 152

2015 24 50 118 52 34 54 44 40 43 92 2

2016 6 59 134 161 83 43 51 82 68 74 209 112

2017 129 116 235 63 147

Page 31: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

31

4.1.3 Volumen de separación (mecanismo de separación de aguas lluvia de volumen

variable)

Como se mencionó, es difícil cuantificar la cantidad óptima que se debe separar en cada caso;

sin embargo, se usarán las recomendaciones propuestas en la tabla 1 para distintos escenarios;

por ejemplo, si se considera que la contaminación en el sistema es mínima, se deberá separar

0.2 mm de agua por cada metro cuadrado de techo.

El sistema que se implementara en este diseño es de volumen variable, para esto, se debe

adaptar el volumen que es capaz de separar el mecanismo. Se diseño un sistema similar al de

los mecanismos de volumen fijo añadiendo algunas modificaciones. A continuación, se

muestra el esquema del diseño de este sistema:

Figura 15. Sistema de recolección de agua lluvia con separación de primer flujo variable.

Page 32: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

32

Como se ve, no hay una conexión fija entre la tubería bajante, la tubería del sistema de

separación y el tanque de almacenamiento, ya que esto permite variar el volumen que se puede

separar. Además, se añaden “embudos” en el ingreso del tanque y en la tubería móvil para

asegurar la entrada total del agua.

La tubería móvil se sostiene prensándola, esto se puede realizar mediante abrazaderas o con

placas ajustables como se muestra en la siguiente imagen:

Figura 16. Sujeción de la tubería.

El mecanismo funciona bajo el mismo principio de los separadores de volumen fijo, el agua va

llenando el volumen de separación hasta el punto en que hacen subir la bola al tope, tapando la

entrada y desviando el agua entrante al tanque de almacenamiento, en este caso se tiene que

encapsular la bola para que siempre permanezca cerca a la tubería, para llevar a cabo esto, se

Page 33: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

33

utiliza un buje al final de la tubería y se ubica la bola dentro, se debe sellar el extremo para

evitar que la esfera se salga, así cuando el nivel del agua sea suficiente, la bola sellará la entrada.

El diámetro de la esfera debe ser menor al del buje, pero mayor al de la tubería, con esto se

asegura que se deja pasar el agua a separar y cuando se llene el tanque de separación, se

obstruirá la tubería. La siguiente imagen muestra lo descrito:

Figura 17. Mecanismo de sellamiento en la entrada del tanque de separación.

En la siguiente imagen se observa que el volumen a separar depende de a qué altura se ubique la

tubería:

Figura 18. Volumen de separación variable.

Page 34: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

34

También se da la posibilidad de tener un volumen de separación mediante tanques modulares,

cuando se necesite separar un gran volumen de agua, simplemente se pueden añadir más

módulos al sistema. El diseño está pensado para usar baldes, así se recicla el material y son

adecuados para depositar el agua de separación.

Cuando el evento de lluvia termine, se deben vaciar los tanques de separación para que el

sistema esté listo para el funcionamiento en la siguiente lluvia.

4.1.4 Dimensionamiento del tanque de recolección

Para hacer el cálculo del volumen del tanque de almacenamiento de deben tener como

parámetros de entrada, la precipitación promedio mensual y el área de recolección.

Se puede hacer el cálculo de dos maneras: a) estimar el volumen del tanque teniendo una

demanda de agua diaria, o b) optimizar el volumen del tanque iterando la demanda diaria para

obtener la demanda máxima posible dada la precipitación.

4.1.5.1 Estimación del tanque para demanda de agua dada

Se debe comenzar añadiendo a la hoja de cálculo los datos de precipitación, demanda de agua

y el área del techo, se debe empezar con el mes de mayor precipitación para estimar el volumen

óptimamente, se asumió una demanda diaria de 15 L como ejemplo de cálculo.

Tabla 4. Datos de entrada para estimar el volumen del tanque.

Luego se calcula la oferta y demanda mensual de agua de la siguiente manera:

𝑂𝑓𝑒𝑟𝑡𝑎𝑖 =𝑃𝑖 × 𝐶𝐸 × 𝐴

1000

Ofertai: Oferta de agua en el mes “i” (m3)

Pi: Precipitación mensual en el mes “i” (mm)

Ce: Coeficiente de escorrentía (se tomó un valor de 0.95)

A: Área de captación (m2)

Page 35: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

35

𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑖 = 𝐷𝑑 × 𝑑𝑖𝑎𝑠𝑚𝑒𝑠𝑖

Demandai: demanda de agua en el mes “i” (m3)

Dd: Demanda de agua diaria (m3)

díasmes_i: Días del mes “i”

𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑖 = 𝑂𝑓𝑒𝑟𝑡𝑎𝑖 − 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑖

Diferenciai: diferencia de volumen en el mes “i”

Al hacer estos cálculos, se obtiene lo siguiente:

Tabla 5. Oferta y demanda de agua en cada mes.

Como se muestra, cuando la demanda por de agua es pequeña, cada mes sobra agua, en este

caso, el volumen óptimo del tanque es igual al mayor valor de demanda que se tenga en los

meses, en este caso el volumen del tanque, para una demanda de 15L diarios, debe ser de 0.47

m3, porque en caso de que la demanda supere la oferta en algún mes, el volumen del tanque

debe ser igualmente el mayor volumen de demanda de los meses.

Se realizará de nuevo el procedimiento, pero esta vez se tomará una demanda de 95L por día

para mostrar cuál es el volumen del tanque a elegir si en algún mes hay más demanda que oferta

de agua.

Tabla 6. Resultados para una demanda de 95L diarios.

Page 36: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

36

En este caso, como la demanda es de 95L diarios, el mes de enero se tiene una diferencia

negativa, así que el volumen del tanque de almacenamiento debe ser de 2.95 m3 para satisfacer

el agua requerida en este mes.

4.1.5.2 Estimación del tanque iterando la demanda diaria

En este método, se calculará el volumen del tanque y la demanda máxima posible que se puede

dar para los datos de precipitación, con esto se logrará optimizar la demanda de agua y se

calculará el volumen del tanque para suplir esta demanda; así se logra aprovechar al máximo

el agua que cae en el techo.

Al igual que en el método anterior, se tienen como parámetros de entrada la precipitación y el

área del techo; se comenzará el cálculo asumiendo un valor de demanda de 50 L diarios.

Tabla 7. Primera iteración.

De la misma manera, se calcula la oferta y demanda mensuales, así como su diferencia. Se

añade la diferencia acumulada para calcular que tanta agua queda del mes anterior:

𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑎𝑐𝑢𝑚𝑖= 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑖 + 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑎𝑐𝑢𝑚1−1

Se obtiene lo siguiente:

Tabla 8. Diferencia acumulada de agua.

Ahora se itera la demanda diaria de tal forma, que en el mes que se obtiene la menor diferencia

acumulada, quede en 0:

Tabla 9. Obtención de la demanda y volumen de agua óptimos.

Page 37: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

37

Así se obtiene le demanda diaria (143.45 L/día) y el volumen del tanque de almacenamiento

será el mes con mayor volumen de diferencia acumulada (4.71 m3). Con esto se optimiza la

demanda y el volumen necesario de almacenamiento.

Page 38: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

38

5 EJEMPLO DE COMPARACIÓN

En este capítulo se compararán los resultados que se obtienen por el método diseñado con los

que se obtienen por medio del primer método descrito en este documento (Método de la

Organización Panamericana de la Salud). Para esto, se tomará el ejemplo 2 propuesto de la

referencia [11], allí se suministran los datos de precipitación y el área de captación de lluvia,

el fin de este es obtener volumen del tanque de almacenamiento adecuado para las condiciones

de precipitación a área de techo del ejercicio.

Datos:

Material del techo: tejas de arcilla

Área de techo existente: 50 m2

Coeficiente de escorrentía: 0.8

Tabla 10. Datos de precipitación del ejercicio.

Resultados dados por la referencia

Al utilizar el método de la Organización Panamericana de la Salud, se obtienen los siguientes

resultados:

Demanda diaria:

Page 39: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

39

Figura 19. Dotación de agua por habitante.

Como se hizo la estimación para 5 personas, la demanda diaria es de 56.7 L.

Tabla 11. Resultados del método utilizado por la guía.

A partir de esto, se establece que el volumen del tanque de almacenamiento debe ser de 12.44m3

con una reserva de 1 m3.

Resultados utilizando el método propio desarrollado:

Volumen de separación:

Según la tabla 1, si se asume que el nivel de contaminación es bajo, el volumen a separar debe

ser:

𝑉𝑠𝑒𝑝 = 0.2𝑚𝑚 × 50𝑚2 = 0.01𝑚3 = 10𝐿

Por consiguiente, un balde de 20L es suficiente para usarlo como tanque de separación. Ahora,

se añaden los datos al modelo y se asume una demanda inicial diaria de 50L para empezar a

iterar.

Page 40: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

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Tabla 12. Resultado inicial del ejercicio.

Ahora se itera la demanda para optimizar los resultados:

Tabla 13. Resultados del ejercicio optimizados usando el método propuesto.

Como se muestra la demanda máxima que se puede obtener a partir de los datos de precipitación

es de 59.46 L/día, con un volumen del tanque de almacenamiento de 12.15m3.

Con estos resultados se muestra que el método desarrollado es más eficiente que el usado por

la Organización Panamericana de la Salud, dado que se provee una mayor demanda de agua

(59,46 L/día vs 56.7 L/día) utilizando un volumen de tanque menor (12.15 m3 vs 12.44 m3).

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6 CONCLUSIONES

• El método desarrollado optimiza los resultados que se obtienen al estimar el volumen

del tanque de almacenamiento, como se mostró en el ejemplo, se obtuvo un menor

tamaño del tanque a utilizar proveyendo una mayor cantidad de agua diaria que con el

primer método descrito en la sección 3.4

• Se logró desarrollar un método para el diseño de un sistema de recolección de aguas

lluvias.

• Se diseñó un mecanismo de separación de agua con volumen variable, esto permite que

el diseño sea adaptable a diferentes condiciones de almacenamiento.

• La separación del primer flujo es importante para aumentar la calidad del agua

almacenada.

• Es posible utilizar este método de diseño para la construcción de sistemas de

recolección de aguas lluvia en zonas rurales.

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7 RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS

• Se recomienda hacer más indagación en el volumen óptimo de separación de primer

flujo.

• Como trabajo futuro, se puede hacer la construcción del sistema de separación de

volumen variable para verificar su funcionamiento en la práctica, así se tendrá un

sistema novedoso y único de separación de primer flujo.

• Se recomienda investigar sobre más métodos de diseño para verificar la efectividad del

método propuesto respecto a otros.

• Se puede aplicar el método en un caso real para comprobar el desempeño tanto del

método como del sistema de recolección.

Page 43: METODOLOGÍA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

43

8 BIBLIOGRAFÍA

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hogar y más del doble mo disponen de saneamiento seguro, Ginebra, 2017.

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