Tesina:

Propuesta de Diseño del sistema de captación de agua pluvial para una casa habitación en la Col. Lienzo Charro, Cd . Madero, Tamaulipas.

Presenta: SERGIO ALBERTO MARTINEZ GUERRERO

Junio 2014

Antecedentes

Formas de abastecimiento de agua Dentro de las formas más comunes que el hombre ha empleado para abastecerse de agua se tienen entre otras: • Desalinización de agua de mar. • Extracción de agua de pozos. • Extracción de agua de ríos y lagos. • Tratamiento de aguas residuales • Captación de agua lluvia

La ingeniería moderna ha permitido garantizar el suministro de agua a zonas urbanas y rurales, desafortunadamente, la realidad muestra que el papel positivo de la urbanización esta sombreado por un crecimiento desordenado de las ciudades.

El agua es uno de los recursos naturales más valiosos del planeta y ha jugado un papel primordial en el desarrollo del ser humano. No solamente es indispensable para la vida y la salud, sino que también es de suma importancia desde el punto de vista económico y social en virtud de que se requiere para llevar a cabo diversas actividades

Consumo humano Industrial • Agricultura • Ganadería • Acuicultura Recreativas Uso domestico

Técnicas de captación de agua Como técnica de captación y aprovechamiento de agua de lluvia se entiende la práctica (obra o procedimiento técnico) capaz de individualmente o combinadas con otras, aumentar la disponibilidad de agua, para uso doméstico, animal o vegetal.

Continuación…

Por lo general, son las técnicas como saneamiento de suelos, así como la construcción y manejo de obras hidráulicas que permiten captar, derivar, conducir, almacenar y/o distribuir el agua de lluvia.

Como las siguientes: Micro captación: También es denominada como captación en sitio, por tratarse de un proceso de captación y uso en un lugar cercano o contiguo.

Macro captación: Consiste en captar la escorrentía superficial generada en áreas más grandes, Las técnicas de macro captación son más complejas que las de micro captación, Incorporan como principio hidrológico la utilización de un área productora de escorrentía superficial

Estas técnicas pueden ser agrupadas en grandes modalidades de captación de agua de lluvia

Continuación…

Definición del problema:

Debido a que el abastecimiento de agua de La laguna del Chairel pertenece a la sub-cuenca del Río Tamesí.

Este ha venido padeciendo una considerable explotación esencialmente en los veranos que son más largos y calurosos.

Así como el incremento de los costos de los productos industriales y el servicio de agua potable. Entre otros efectos en los que destacan la baja presión en la red de abastecimiento que dirige COMAPA (comisión municipal de agua potable y alcantarillado de las márgenes del rio panuco).

Por otra parte, el agua de lluvia que debiera infiltrarse como medio natural de recarga del acuífero, no se infiltra en la cantidad necesaria ya que, existen asentamientos humanos regulares e irregulares, además los propietarios de predios constantemente pavimentan sus patios eliminando infiltración. Usualmente los propietarios de los predios buscan desalojar el agua que precipitada por medio de tuberías que conduzcan el líquido hacia la vía pública o en otros casos directamente al drenaje sin darle algún aprovechamiento antes. toda esta cantidad de agua provoca inundaciones y/o encharcamientos las calles.

Por esta razón se necesitan proyectos o propuestas atractivas para el aprovechamiento y prevención a la falta de agua en los hogares de las familias

Objetivos

Objetivo general: El objetivo de este trabajo es el diseño de un sistema de captura de agua lluvia en una casa habitación en la col. Lienzo Charro, Ciudad Madero, Tamaulipas.

Objetivos específicos:

Determinar la cantidad de agua necesaria para satisfacer el sistema sanitario y para el uso en jardín.

Calcular la cantidad de agua que se puede captar y aprovechar.

Desarrollar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias como alternativa para usos no potables (sanitarios, riego de jardines, lavado de patios y áreas comunes, entre otros).

Hacer una relación del ahorro con la instalación del sistema de aprovechamiento de agua pluvial en una casa habitación en Cd. Madero.

Justificación:

Para afrontar la problemática escases de agua una de las alternativas es la captación de agua de lluvia. La cual se piensa será una manera eficaz de ahorro de agua y prevenir su contaminación con desechos orgánicos e inorgánicos que se encuentren en el suelo.

La contaminación de los recursos hídricos ha generado en diversas cuencas escasez de agua, al ser eliminadas estas fuentes naturales o cuencas de agua, ya que representan un foco de infección o fuente de enfermedades por su mala calidad. Afectando de manera significativa a ciudades y localidades que convergen a ellas.

Es posible establecer sistemas de captación de agua de lluvia para consumo humano a nivel de familia gracias a la utilización de espacios estratégicos en la estructura de la vivienda. Considerando lo expuesto, que cada ser viviente disponga de agua en cantidad y en calidad con el objeto de lograr el verdadero desarrollo Sustentable de la humanidad.

Al tener poca disponibilidad de agua y un crecimiento progresivo de la población en México el crecimiento de la población así como la evolución que sigue la población urbana con respecto de la rural, dando como idea que las zonas metropolitanas tendrán una gran concentración de población.

Delimitaciones y alcances: El alcance que se dará a la investigación, se orienta principalmente a la zona conurbada

del sur de Tamaulipas que esta constituida por Tampico, Madero y Altamira. Ya que la cercanía de estas ciudades contemplan climas, temperaturas, precipitaciones, vientos, etc. Muy similares.

Para el modelo propuesto tomo datos como ubicación, dimensiones de terreno, etc. en la colonia Lienzo Charro de cd. Madero, Tamaulipas.

Ya que algunos datos en fueron facilitados de esta colonia como

viviendas particulares

dos cuartos 115

tres cuartos 245

disponen de agua entubada 436

no disponen de agua entubada 8

disponen de excusado o sanitario 442

disponen de drenaje 434

no disponen de drenaje 11

Por lo que da pie a sugerir el sistema propuesto, siendo un sector en crecimiento (nivel social) da el tiempo de modificarse o acoplarse al diseño arquitectónico que el usuario pueda desear.

Metodología

Adicional a los componentes mencionados, para desarrollar el diseño se debe tener la información pluviométrica de la zona, la cual debe ser de mínimo diez (10) años consecutivos, para tener mayor confiabilidad en el diseño.

Con los datos diarios obtenidos, se estiman los promedios mensuales de precipitación, de acuerdo con la ecuación :

Dónde: Ppi: precipitación promedio mensual del mes “i” de todos los años evaluados (mm/mes) n: número de años evaluados pi: valor de precipitación mensual del mes “i”, (mm)

Información pluviométrica

El diseño consta principalmente de la determinación de la demanda de agua, la oferta relacionada con la precipitación de la zona, el volumen de almacenamiento del agua lluvia, el filtro y la red de distribución de las aguas lluvias.

Demanda de agua en el mes “i” (Di) La demanda de agua se puede estimar de diferentes maneras, una de ellas, como la plantea el CEPIS, es la siguiente: a partir de la dotación asumida por persona se calcula la cantidad de agua necesaria para atender las necesidades de las personas a ser beneficiadas en cada uno de los meses.

Oferta de agua en el mes “i” (Ai)

Teniendo en cuenta los promedios mensuales de precipitaciones de todos los años evaluados, el material del techo y el coeficiente de escorrentía, se procede a determinar la cantidad de agua captada para diferentes áreas de techo y por mes.

El coeficiente de escorrentía adopta un valor que depende de la naturaleza de la superficie. Pavimentos de hormigón o aglomerados Ce: 0,75 a 0,95

Continuación…

Volumen de almacenamiento (Vi) Para conocer el volumen necesario de almacenamiento se debe encontrar la diferencia entre la oferta acumulada y la demanda acumulada para cada mes, de ésta manera el mayor valor de diferencia será el volumen del tanque adoptado. Si las diferencias dan valores negativos, quiere decir que las áreas de captación no son suficientes para satisfacer la demanda.

Continuación…

Demanda acumulada (Dai) Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:

Oferta acumulada (Aai) Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:

Continuación…

Potencial de ahorro de agua potable El potencial de ahorro de agua potable se determina de acuerdo con el volumen de agua lluvia posible de ser recolectada y la demanda existente, en un mes, como se expresa en la siguiente ecuación:

Desarrollo

Para la elaboración del proyecto se escogió casa habitación, la cual estará ubicada en Col. Lienzo Charro, Cd. Madero, que pertenece al estado de Tamaulipas. Para un promedio de 4 personas entre adultos y niños. La vivienda contara con servicios de agua potable, alcantarillado y electricidad, los cuales son prestados por Las Empresas Públicas de Cd. Madero (COMAPA Y CFE).

Ya que en la página del INEGI en información nacional por entidad federativa y municipios proporciono los sig. datos son los siguientes:

El anexo a y anexo a.1, muestra los planos de la casa-habitación se utiliza como base para el trabajo. La zona sur del estado de Tamaulipas también conocida también como zona metropolitana que abarca los municipios de Tampico, Madero y Altamira, la población en general prefiere el uso de materiales como el cemento y el block para la construcción de su vivienda por lo que la propuesta delimita a este tipo de construcción.

En toda la construcción de la casa habitación cuenta con un área de 54 m2 y un área útil de techo de 54 m2, existen jardines, por lo que se agregara el uso de riego de jardines del diseño.

Continuación…

Componentes del Sistema Debido a que el diseño no contempla el consumo humano del agua lluvia captada, la contaminación del techo como material orgánico (hojas de árboles) se retendrán atreves de una rejilla, para mantenimiento (limpieza) de forma manual, por lo tanto se agregara el componente filtro para éste trabajo, el agua podrá ser utilizada para los usos no potables mencionados sin afectar las condiciones hidráulicas ni los materiales de los aparatos sanitarios. En caso de que en un futuro se quiera aprovechar las aguas lluvias para consumo humano, entonces, un sistema de filtración, seguido de un sistema de tratamiento (desinfección).

Captación En este caso la captación se realizará en el techo, el cual tiene pendiente 3% y superficie que facilitan el escurrimiento del agua lluvia hacia el sistema de recolección. El material del techo es de concreto hidráulico, lo cual tiene la ventaja de tener una buena superficie, pero, si llegaran a encontrar en mal estado podrían afectar el coeficiente de escorrentía y aumentar los sólidos arrastrados por el agua, hacia el sistema de filtro. La geometría del techo, de acuerdo con los planos la representación seda en el anexo A y

en el anexo A.1 se muestra un corte horizontal.

Desarrollar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias como alternativa para usos no potables (sanitarios, riego de jardines, lavado de patios y áreas comunes, entre otros).

Objetivos específicos:

Continuación…

Recolección y Conducción La casa habitación contara con bajante de PVC de 4”, que recolectan y conducen el agua lluvia de todo el techo hacia el filtro (anexo B). Por lo tanto para éste diseño no se tendrá en cuenta la instalación de canaletas, pero sí, Adicionalmente se instalará en el inicio de la tubería, una malla que retenga los sólidos más gruesos como las hojas, lo palos, entre otros.

Sistema de filtración del agua. El sistema contara con dos filtros uno en el inicio de la tubería de conducción que constara de una rejilla (figura 23) para impedir el paso de materia orgánica (hojas de árboles) y un filtro para eliminar impurezas como polvo u otros materiales más finos su ubicación esta justo antes del tanque de almacenamiento

La filtración doméstica del agua es una buena opción para todas aquellas personas que desean incrementar la calidad del agua (anexo B). Cada método de purificación es adecuado en un contexto. (Figura 24)

Continuación…

Almacenamiento Los tanques de almacenamiento a diseñar serán poligonales de concreto armado y muros de block. Las dimensiones se especifican en el modelo anexo C y anexo C.1 el cual se establece aprovechando el espacio en el cubo de la escalera, se dimensionaran dos, los cuales alimentaran diferentes sistemas hidráulicos uno para baños y otro para diversos usos.

Los materiales utilizados para la construcción de las cisternas o tanques de almacenamiento serán los siguientes: Cemento, arena, graba y acero Cisternas de cemento-block Son las más simples en las zonas rurales de México y son construidos con block y arena cementada.

Continuación…

Distribución La distribución de agua lluvia, será propuesta de acuerdo con la ubicación del tanque de almacenamiento. Para éste diseño dicha red sólo llegará a los puntos hidráulicos donde se utilizará el agua lluvia, es decir, sanitarios y lava-escobas, pero la red de agua potable podrá abastecer dichas unidades de almacenamiento, ya que, en los meses en los que el agua lluvia no alcanza a cubrir la demanda completa, así que deberá proteger la red de suministro de agua potable con una válvula de cheque o de forma manual atreves de llaves de paso. En el anexo d se muestra un ejemplo de una red protegida por medio de llaves de paso, para evitar que el agua lluvia se mezcle con el agua potable.

El sistema propuesto pretende omitir el uso de un sistema de bombeo por lo que la alimentación se realizara atreves de gravedad.

Continuación…

La información recolectada de precipitación obtenida de CONAGUA, para el estado de Tamaulipas, durante un periodo del 2004 al 2013 los cuales cumplen con un periodo de retorno de 10 años, en la figura 25 muestro los registros. Cabe mencionar que son precipitaciones promedio de cada mes.

Tomando en cuenta los valores de lluvia captados a nivel federal se realizo la siguiente tabla 1

Información pluviométrica

Comparándolo con los valores de a figura 26 que son los valores promedios de Tampico:

Resultados

Se presentan a continuación los resultados, de la precipitación promedio de la zona para los años 2004-2013 (grafica 2), y los cálculos para cada uno de los componentes del sistema, de acuerdo con la metodología descrita anteriormente.

Los valores de consumo de agua potable para la instalación evaluada son los siguientes.

Determinar la cantidad de agua necesaria para satisfacer el sistema sanitario y para el uso en jardín.

Objetivos específicos:

Continuación…

Precipitación promedio mensual (Ppi) La precipitación promedio mensual, expresada en mm, equivale a la precipitación promedio mensual en litros por metro cuadrado, pues 1litro de agua en 1m² tiene una altura de 1 mm.

Para la determinación de los parámetros mencionados en el marco teórico, y lograr obtener adecuadamente el volumen de almacenamiento de agua lluvia y el potencial de ahorro de agua potable, según la metodología del CEPIS, se debe distribuir la precipitación ubicando en la fila superior el mes de mayor lluvia durante los 10 años evaluados

Continuación…

La determinación de la demanda acumulada y de la oferta acumulada se realizó según el procedimiento descrito anteriormente, en el que la diferencia entre estos dos parámetros arroja los valores del volumen almacenado durante cada mes. A continuación se presentan los resultados obtenidos.

PPWS= 113% Vi= 9.4

Calcular la cantidad de agua que se puede captar y aprovechar.

Objetivos específicos:

Capacidad del tanque 3.54m³ y 7.41m³ Total 14.79m³

Continuación…

Como se observa en la tabla 6 los valores obtenido, en relación al agua captada y a la demanda es satisfactoria (grafica 3), ya que se cubre por completo la demanda.

Seguida se mostrara la grafica 4 donde observamos la demanda acumulada y la oferta acumulada, mostrando que la oferta satisface a la demanda.

Seguida se mostrara la grafica 4 donde observamos la demanda acumulada y la oferta acumulada, mostrando que la oferta satisface a la demanda.

Hacer una relación del ahorro con la instalación del sistema de aprovechamiento de agua pluvial en una casa habitación en Cd. Madero.

Objetivos específicos:

Conclusiones

• De acuerdo con los resultados obtenidos se puede decir que el proyecto cumple el objetivo general en cuanto a que es técnicamente viable para un ahorro potencial.

con la precipitación de la zona y el espacio disponible, se logra abastecer completamente los sanitarios y lava-escobas durante nueve meses del año, y los tres meses restantes se abarca 70% - 30% de la demanda, siendo necesario complementarlo con agua potable,

• la inversión inicial es alta, por lo que no logra ser un sistema de bajo costo, lo que puede volverlo inaccesible si no se cuenta con la adecuada financiación para desarrollar el proyecto.

• Recomiendo la construcción en los meses marzo-abril para en mayo hacer pruebas de permeabilidad y así tener listo y funcional el tanque de abastecimiento.

• Debido a que éste proyecto consiste únicamente en la ingeniería conceptual de un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias, se define el nivel de los detalles de instalación y construcción del sistema.