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Una perspectiva científica de la captación de agua de lluvia

Dr. José Arturo Gleason Espíndola

Martes 8 de agosto de 2017.

Asociación Mexicana de Sistemas de Captación de Agua de Lluvia A.C. “Panel de expertos en captación de agua de lluvia”

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

Centro Universitario de Arte Arquitectura y Diseño

Contenido

1. Datos básicos

2. Problemática

3. Restauración del ciclo del agua

4. Avances en la investigación

Dr. José Arturo Gleason Espíndola Gestión de agua de lluvia

1. Datos básicos


Agua en el mundo

75% Agua

25% Tierra

Del 100% de la superficie terrestre


Agua en el mundo

100% Agua

De este 75% de agua en el mundo

97% Salada

3% Dulce

100% Dulce

De este 3% de agua dulce

68.7% Glaciares

30.06% Subterránea

1.24 % Otros

1.24 % Otros

De este 1.24% de otros

0.86% Hielo en el suelo

0.26% Lagos

0.05% Humedad en el suelo

0.04% Vapor de agua en la atmósfera

0.04% Pantanos


Agua en el mundo • Agua global: 97% agua marina (salada) 3% agua dulce. Del agua dulce 87% no es accesible 13% es accesible (0.4% del total)

• 663 millones de personas —casi 1 de cada

10 habitantes del mundo— siguen sin tener acceso a mejores fuentes de abastecimiento de agua.

• Aproximadamente 2.500 millones de personas siguen careciendo de mejores servicios de saneamiento, y 1.000 millones de personas practican la defecación al aire libre.

• Cada día, cerca de 1.000 niños mueren a causa de enfermedades diarreicas prevenibles relacionadas con el agua y el saneamiento

• El incremento en el número de personas de 6 a 9 mil millones será el principal orientador de la gestión de recursos hídricos durante los próximos 50 años.


Conceptos básicos

Funcionamiento del agua

Sistema natural

Sistema artificial


SISTEMA NATURAL =


Cuenca 1 Cuenca 2 Parteaguas

Parteaguas

Parteaguas

Cauce principal

Cauce principal

Punto de salida de la cuenca

Corrientes tributarias

Área

Área


Almacenamiento

Subcuenca de Captación

(Agua superficial)

Captación

Toma

Directa

Corriente y sus Tributarios

Pozo

(Agua Subterránea)

Conducción

Conducción

Planta Potabilizadora

Tanque de

Regulación

Red de

Distribución

Uso del

Recurso

Alcantarillado

Planta de

Tratamiento de

Agua Residual

Colectores

Descarga

Sistema hidrosanitario

Urbano


2. Problemática


Micro-ciclo hidrológico

Micro-ciclo hidrológico en condiciones naturales

somera


Pintura hecha por Arq. Alejandro Ulloa †

Guadalajara 1542 Antes de la Urbanización

Después de la Urbanización

De

Guadalajara 2017

Problemas

Deforestación

Avenidas de agua Erosión y desertificación


Problemas

Escasez de agua Contaminación de agua Inundaciones

Daños a la salud Daños a los ecosistemas Daños materiales


Calidad Cantidad


Ing. Marco Schmidt investigador de la universidad Tecnológica de Berlín

Miércoles 23 de septiembre de 2015 en Postdam Alemania.

450 km2 diarios de deforestación 150 km2 diarios de urbanización 300 km2 diarios de desertificación 100 km2 diarios de reforestación.

Fuente: www.Waterparadigm.Org y www.phasenwechsel.com

“Estamos convirtiendo al planeta en un desierto, porque estamos reduciendo la evaporación, fuente para la precipitación”.



Micro-ciclo hidrológico en condiciones naturales

somera



Micro-ciclo hidrológico en condiciones urbanizadas

somera



3. Restauración del ciclo del agua


T

Q

Escurrimiento antes de la urbanización

Escurrimiento después de urbanización

¿Cómo resolvemos este problema?


T

Q

Aumenta el tiempo de desalojo

Q antes de la urbanización

¿Cómo se resuelve hoy el problema?

Q antes de la urbanización

Con drenaje convencional


Restauración hidrológica

Proceso mediante el cual las variables del ciclo hidrológico son restauradas a través de la implementación de tecnología que permita:

1) Infiltrar el agua y recargar acuíferos 2) Ampliar las zonas verdes a través de la plantación de flora que permita elevar la evapo-transpiración. 3) Captar agua de lluvia en edificios para coadyuvar a la oferta y disminuir los escurrimientos que provocan inundaciones. 4) Captar el agua pluvial en las calles para canalizarla y almacenarla, y utilizarla para riego con un pretamiento y regular avenidas.


T

Q

Tiempo cuando no hay urbanización Tiempo restante

Disminuye el tiempo Tiempo restante

Disminución de áreas impermeables, (menos concreto) osea más verde

Captación de agua de lluvia (Casas y edificios)

Infiltración

Deseado


Sistema de captación de agua de lluvia (SCALL)


4. Avances en la investigación


4.1 Red estaciones meteorológicas


IITAAC01

IITAAC02

IITAAC03

IITAAC04 CUAAD01

CUAAD02

CUAAD03

Instalación y monitoreo


4.2 Un SCALL proyecto piloto monitoreado y recurso para la

enseñanza


SCALL en una casa habitación


Zona metropolitana de Guadalajara

Cuenca del Río Blanco

Cuenca de Atemajac

Cuenca de El Ahogado

SCALL

Fuente: Periódico Mural 20011

Lat. 20°35'58.92"N

Long. 103°24'48.68 » W


Casa unifamiliar de alta densidad


TECHO PLANTA BAJA

Área de terreno 125.72 m² Superficie 42.95 m²


DOS TECHOS

Superficie de captación 42.95 x 2 = 85.9 m²

Familia Gleason Familia vecina

Ambas casas comparten el bajante


Isométrico


Información básica

• Promedio annual de precipitación= 897 mm

• Máxima precipitación mensual= 348 mm (Juio)

• Intensidad de lluvia = 55 mm/hr

• Máxima Temperatura = 38 oC

• Mínima Temperature = 10 oC

• Altitud= 1550 metros sobre el nivel del mar


Datos de precipitación

Potcall Área X Precipitación X Coeficiente

POTCALL (m³ / año ) = 42.95 x 0.897 x 0.7 .= 26.97 m³/año

Mes Precipitación Abastecimiento

Parcial

mm m3

Junio 197.6 5.94

Julio 266.8 8.03

Agosto 269.6 8.11

Septiembre 348.8 10.49

Octubre 66.8 2.01

Noviembre 13.5 0.41

Diciembre 2.9 0.09

Enero 3.6 0.11

Febrero 3.9 0.12

Marzo 6.4 0.19

Abril 6.8 0.20

Mayo 25.4 0.76

Se propone una cisterna de 5,000 litros para riego, lavado de ropa, aseo personal y tomar agua. Este sistema coadyuvará al sistema central. En otras palabras en cuanto se acabe el agua de lluvia, entrará en acción el sistema de suministro central. Se comparten dos azoteas 26.97 x 2 = 53.95 m3

Fuente: elaborado por autor (2017)


Demanda total (DT)

Mes Demanda

diaria Demanda mensual

Litros/día m³

Junio 367 11.01

Julio 367 11.37

Agosto 367 11.37

Septiembre 367 11.01

Octubre 367 11.37

Noviembre 367 11.01

Diciembre 367 11.37

Enero 367 11.37

Febrero 367 11.01

Marzo 367 11.37

Abril 367 11.01

Mayo 367 11.37

La lluvia dura 5 meses TWD = 11.01 x 5 = 55.05 m3 durante 5 meses TWD = 55,050 litros/año

Fuente: elaborado por autor (2017)

Table 1. Demanda

DT =

Personas

2 x

Dotación

183 litros/día x

Tiempo

365 días = 133.88 m³/año

Esto significa que se puede subsidiar al consumo durante cinco meses Se propone un tanque of 5,000 liters.

Dr. José Arturo Gleason Espíndola SCALL-FAMGLEASON-01-2012 Dr. José Arturo Gleason Espíndola Gestión de agua de lluvia

Optimización del tanque

Mes Precipitación Abastecimiento

Parcial Abastecimiento

2 azoteas

Abastecimiento

Acumulado Demanda diaria

Demanda mensual

Demanda Acumulada

Diferencia

mm m³ m³ m³ Litros /día m³ m³ m³

Junio 197.6 5.94 11.88 11.88 367 11.01 11.01 0.87

Julio 266.8 8.03 16.06 27.94 367 11.37 22.38 5.56

Agosto 269.6 8.11 16.22 44.16 367 11.37 33.75 10.41

Septiembre 348.8 10.49 20.98 65.14 367 11.01 44.76 20.38

Octubre 66.8 2.01 4.02 69.16 367 11.37 56.13 13.03

Noviembre 13.5 0.41 0.82 69.98 367 11.01 67.14 2.84

Diciembre 2.9 0.09 0.18 70.16 367 11.37 78.51 -8.35

Enero 3.6 0.11 0.22 70.38 367 11.37 89.88 -19.5

Febrero 3.9 0.12 0.24 70.62 367 11.01 100.89 -30.27

Marzo 6.4 0.19 0.38 71 367 11.37 112.26 -41.26

Abril 6.8 0.2 0.4 71.4 367 11.01 123.27 -51.87

Mayo 25.4 0.76 1.52 72.92 367 11.37 134.64 -61.72

Dr. José Arturo Gleason Espíndola SCALL-FAMGLEASON-01-2012

5 meses

En la experimentación la demanda es cubierta por la lluvia por 5 meses

Oferta y demanda

Dr. José Arturo Gleason Espíndola SCALL-FAMGLEASON-01-2012

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Ene

Feb

M

ar

Ab

r

Ma

y Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

No

v

Dic

Vo

lum

en

m3

Tiempo en meses

11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11

Demanda mensual.

11.8

16

16.2

21.8

4.08

Oferta mensual de lluvia.

Demanda y oferta acumulada 150

100

50

0

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

No

v

Dic

Ene

Feb

Mar

Ab

r

May

Vo

lum

en m

3

Tiempo en meses

Demanda acumulada.

Oferta acumulada

134.6

72.92


Tinaco

Bajante

Tanque de priemras

lluvias

Sistema de suministro

Filtros

Filtros Rayvos UV

Bomba

Pozo de Infiltración

Cisterna

Lluvia Operación

Hacia adentro de la casa


Diagrama

Lluvia

Servicio municipal de

agua

M

Riego

5,000 litros

Bomba 0.5 HP

42.95 m²

42.95 m²

Sistema de purificación 1. Sediments filter

2. Carbon block filter

3. Carbon Granular filter

1. 2. 3.

Techo

Bajante φ 3”

DPLL

Cisterna enterrada

Riego

Tinaco

200 Litros

750 Litros

Servicios generales

1. 2.

Rayos UV

Beber


Construcción


Instalación de primeras lluvias


Primeras lluvias terminado

Dr. José Arturo Gleason Espíndola IRCSA – MEXICO Rainwater Harvesting in Mexico

Excavación cisterna


Fosa de la cisterna

Dr. José Arturo Gleasn Espíndola IRCSA – MEXICO Rainwater Harvesting in Mexico Dr. José Arturo Gleason Espíndola Gestión de agua de lluvia

Colocación de la cisterna


Cisterna terminada


Purificación


Pozo de infiltración

Trazo Excavación Agujero


Pozo de infiltración

Ademado Prueba de infiltración Tubería de descarga

Tapa del pozo Colocación de tapa Pozo terminado


Mantenimiento


Mantenimiento


Limpieza del DPLL Cisterna con sedimento después del temporal

Mantenimiento


Limpieza del Tinaco una vez al año

Mantenimiento

Tinaco sucio Tinaco limpio


Mantenimiento


Filtros sucios al momento de cambiarlos Filtro nuevo con otro usado

Ahorro


Ahorro

Ahorro $ 500 pesos en 5 meses por no pagar agua entubada. +

Ahorro $ 732pesos en garrafones en 12 meses por tener sistema de purificación de agua.

$ 1232.00 pesos al año.


Aprendizajes

• El manejo de agua de lluvia apropiado es necesario para la restauración del ciclo del agua.

• El SCALL es una alternativa real para coadyuvar a la demanda creciente de agua.

• El SCALL ayuda a no seguir explotando las fuentes actuales, ya que cuando se capta el agua de lluvia no se utiliza agua entubada.


Aprendizajes

• El SCALL ayuda a minorar las inundaciones en las ciudades, ya que el agua que se almacena no entra a los drenajes.

• El costo por el momento puede ser alto cuando hay que adaptar el SCALL a una vivienda construida.

• Es necesario impulsar políticas públicas para incentivar la implementación de SCALL, y así bajar los costos de inversión y mantenimiento.


4.3 Unidad de monitoreo del ciclo de agua



Cazatormentas

Unidad de monitoreo del ciclo del agua y de divulgación científica

Conclusiones

• Todavía hay camino por recorrer.

• Tenemos que capacitarnos más en lo que ya conocemos.

• Profundizar en los huecos que podamos tener.

• Divulgar más esta noble técnica.

• Buscar influenciar los marcos legales.

• Fomentar la creación de políticas públicas.


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