SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA PLUVIAL EN EL HOGAR RESUMEN DEL PROYECTO El sistema de recolección y aprovechamiento de agua de lluvia es un proyecto con el cual se pretende aprovechar el agua almacenada en contenedores, utilizándola en el hogar en actividades tales como el lavado de alimentos y preparación de los mismos, para bañarse, usarlo en el sanitario, para el uso de la lavadora, realizar limpieza, regar las plantas, lavar el auto o incluso para bañar a las mascotas.
OBJETIVOS Y JSTIFICACIÓN OBJETIVO GENERAL Construir un sistema de recolección y aprovechamiento del agua pluvial mediante la utilización de materiales de un costo relativamente bajo, para ser utilizado en el hogar principalmente como agua potable.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Objetivos Específicos
Actividades
1. Investigar sobre las ventajas y desventajas que presenta el carbón activado en la purificación del agua de lluvia . Construir de manera adecuada el filtro casero de carbón Utilizar el agua para preparar la comida y activado para el consumo humano . Constatar mediante un análisis químico que el agua obtenida después de pasar por el filtro de carbón activado es apta para el consumo 1. Realizar una conexión del tanque al sanitario de la casa. 2. Realizar perforaciones en la pared para la conexión. Utilizar el agua almacenada para el servicio 3. Instalar un filtro de agua junto a una bomba a la salida del tanque higiénico (sanitario) antes de que el agua pase al sanitario. . Comprobar que el agua que llega al sanitario no proviene de la conexión de la red, sino del tanque de almacenamiento. 1. Investigar cuales son los barrios de Quito que no tienen un Implementar el sistema en un domicilio de la suministro continuo de agua. ciudad de Quito, donde el servicio de agua no 2. Charlar con la familia de la casa donde se vaya a instalar el sistema sea continuo 3. Dar a conocer el funcionamiento del sistema a la familia que vaya a utilizar este sistema. 1. Investigar en el mercado el costo de los materiales. Verificar que el costo de la construcción e 2. Realizar una proforma del costo e instalación del sistema. instalación del sistema es bajo 3. Consultar el precio de los equipos más costosos como son los filtros y la bomba. 1. Circular el agua del reservorio a otro a través de un filtro. Evitar que el agua almacenada en el reservorio 2. Ocupar este sistema y así vaciar uno de los reservorios se estanque y pierda calidad 3. Almacenar agua pluvial en el/los reservorios cuando sea necesario . Verificar si el agua almacenada no ha sido utilizada y darle uso
Tabla1. Objetivos y actividades a cumplir
JUSTIFICACIÓN En algunos barrios de la ciudad de Quito el servicio de agua potable no es continuo, puesto que la empresa encargada en algunas ocasiones corta el suministro de agua, por varias razones, como el mantenimiento que se realiza a las tuberías [5]; y en la mayoría de ocasiones no se informa oportunamente a la ciudadanía de este suceso, para que puedan tomar las precauciones debidas. En época de invierno, en la ciudad de Quito ha llovido más de lo que debe llover en relación a los años 97,98 [4], y a este fenómeno no se le da la importancia debida; por tal razón con el sistema de recolección y aprovechamiento de agua pluvial, se puede aprovechar el agua de la lluvia [3] para ser utilizada en el hogar en momentos de sequía o corte del servicio, ya que el agua almacenada podrá ser utilizada principalmente como agua potable para preparar la comida, en base a la utilización del filtro de carbón activado [2]; además realizar las actividades que se mencionó anteriormente. Los efectos que tendría la realización de este proyecto, son varios, pero es menester mencionar que la función principal de este sistema es proveer a las personas de agua pura proveniente de la lluvia, la cual servirá para el consumo humano. En el mercado existen sistemas de aprovechamiento de agua pluvial, pero la situación actual de los mismos, es que no presentan el proceso de purificación del agua [6] como lo propone este proyecto; además este proyecto aportaría con la construcción del filtro de carbón activado casero.
METODOLOGÍA Se realizará primeramente un análisis físico, mecánico y de costos, en cuanto a los materiales y equipos a utilizar en la realización del sistema, considerando y eligiendo cuales son los mejores y más eficientes para el sistema; luego se procederá a la ejecución del proyecto, es decir, se construirá el sistema planteado, y para garantizar la ejecución del proyecto se realizará varios ensayos de prueba y error y se tendrá un seguimiento del mismo por parte de los estudiantes, donde podremos solucionar problemas o inconvenientes que se presenten al momento de la ejecución. Luego se realizará una demostración al docente y los demás compañeros con el fin de que se garantice la calidad del proyecto, y finalmente se procederá a realizar la instalación del mismo en un domicilio. Cabe mencionar que también se realizará un mantenimiento del sistema, con lo cual garantizaremos a la familia un periodo para posibles mejoras y/o soluciones a problemas no contemplados durante el análisis. Pasos a seguir en la construcción e instalación d el modelo del sistema: [1]
1. Suministros de barriles para agua lluvia
Img1. Contenedores para agua lluvia El primer paso es adquirir barriles o contenedores para la captación del agua de lluvia. Si el barril es usado se debe considerar que no haya contenido petróleo, pesticidas o cualquier sustancia tóxica, si este es el caso se recomiend a adquirir un barril completamente nuevo
2. Suministros adicionales para el sistema de recolección de agua
Img2. Suministros recomendados para la recolección Los suministros necesarios son: 1 llave para manguera estándar de 2.5 cm con roscas para tubos de 1.8 cm, para que puedas sacar el agua del barril.
Bomba de agua
Filtros de agua
Filtro de carbón activado
1 junta de1.8 cm x 1.8 cm
1 buje de 1.8 cm x 1.8 cm
1 1.8 cm rosca de tubo con adaptador para manguera de 2.5 cm
1 contratuerca de 1.8 cm
4 arandelas metálicas.
1 rollo de cinta de teflón
1 tubo sellante de silicona
1 codo de bajante pluvial en forma de “S”, para pasar el agua del bajante pluvial al barril de lluvia. 1 mosquitero de aluminio para evitar que caigan hojas, insectos y otros desechos en tu agua. 4 a 6 bloques de cemento
3. Construcción de una plataforma para los barriles
Img3. Plataforma para los barriles de agua lluvia En este punto debemos seguir tres pasos particulares: a)
Aplanar la zona al lado del bajante pluvial: El bajante pluvial es el tubo de metal
o de plástico que va de las canaletas del techo hasta el piso. Se reorienta el bajante hacia el barril, así es necesario preparar una plataforma en el área al lado de donde desemboca. Es necesario limpiar piedras o desperdicios presentes en la zona. Si el bajante pluvial desemboca en una superficie de cemento como la entrada del garaje o un patio con una cuesta, se construye una superficie plana apilando tablas de madera contrachapada en la parte menos elevada para tener un lugar plano donde almacenar los barriles. b) Creación de una capa de grava: Esto proveerá un mejor drenaje alrededor de los barriles de lluvia y ayudará a que el agua se mantenga lejos de los cimientos de la casa. Lo siguiente es cavar un rectángulo de 13cm de profundidad en el área que fue aplanada para poner los barriles, y luego llenarla con 1.2 cm de grava. c) Apilar bloques de cemento encima de la grava: Apilarlos de lado para crear una plataforma elevada para los barriles. La plataforma terminada debe ser suficientemente ancha y larga como para poner allí todos tus barriles y que queden a la misma altura, además de ser suficientemente estable como para que no se vuelquen.
Img4. Apilamiento de bloques de cemento
4. Agregar llave y válvula de desagüe a) Taladrar un hueco para la llave en un lado del barril : Debería estar suficientemente alto en el barril como para poner un balde o una botella para recibir el agua que sale de la llave. Realizar un hueco de 1,8cms para que quepa la llave. Lo siguiente es colocar sellante tanto adentro como afuera del barril.
Img5. Colocación de la llave b) Colocación de la llave: Se unen la junta y la llave. Usar la cinta de teflón para envolver los bordes enroscados y así el sellamiento será más hermético y se evitará que el agua se derrame. Colocar una arandela en el borde enroscado de la junta e insertarlo en el hueco del barril desde afuera. Co locar otra arandela sobre el tubo desde adentro. Colocar el buje para que fije la llave en su lugar c) Hacer una válvula de desagüe: Taladrar otro hueco a unos cuantos centímetros de la parte superior del barril. Debería ser de 1.8 cm o el mismo tamaño que el primer hueco. Vertir sellante en el borde del hueco tanto adentro como afuera del barril. Colocar una arandela en el adaptador de la manguera y meterla en el
hueco desde afuera. Colocar otra arandela en las roscas de adentro, agregar algo de cinta de teflón y una tuerca para ajustar todo. También se puede colocar una manguera directamente sobre la válvula.
5. Armar el sistema de recolección:
Img6. Sistema de recolección a)
Conectar el codo de bajante pluvial al bajante pluvial: Debería quedar lo suficientemente cerca como para que se pueda conectarla con el codo de bajante pluvial. Hacer una marca en la bajante 2.5cms más abajo de la altura del barril. Luego unir codo al bajante para que el agua desemboque en el barril. Cortar el bajante con una sierra para metales. Fijarla con tornillos y asegurar de que estén bien apretados.
b)
Conectar el barril al codo
Img7. Conexión del barril al codo Si el barril tiene tapa, usar la sierra para cortar un hueco lo suficientemente largo como para que el borde del codo quede adentro. Cubrir el área alrededor del hueco con el mosquitero metálico
Colocar un filtro encima del bajante. Esto evitará que las hojas y otros desechos entren en el bajante y taponen el sistema de recolección de agua. Si se tiene aún más barriles colocarlos en la plataforma y conectar porciones de la manguera a las válvulas. c) Conectar el barril a otro tanque de almacenamiento, y entre éstos colocar un filtro de agua d) Colocar el filtro de carbón activado casero a continuación del segundo tanque, y éste a su vez estará conectado a la bomba, con la cual se enviará el agua pura para las diferentes aplicaciones necesarias en el hogar.
PLAN DE TRABAJO Hemos dividido a las actividades para realizar de la siguiente manera: Diciembre Actividades:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Revisión bibliográfica del proyecto Elaboración de planos Selección y adquisición de materiales Construcción del proyecto Pruebas preliminares Correcciones físicas o de diseño Pruebas definitivas Análisis de resultados Elaboración de informe Correcciones extras Presentación final
Tabla2. Actividades a realizar en Diciembre Enero Actividades:
1 2 4 5 6 8 9 11 12 13 14 16 17 18 20 21 22 24 25 28 30 31
Revisión bibliográfica del proyecto Elaboración de planos Selección y adquisición de materiales Construcción del proyecto Pruebas preliminares Correcciones físicas o de diseño Pruebas definitivas Análisis de resultados Elaboración de informe Correcciones extras Presentación final
Tabla3. Actividades a realizar en Enero
Febrero
1
Actividades:
2
3
4
5
6
7
8
Revisión bibliográfica del proyecto Elaboración de planos Selección y adquisición de materiales Construcción del proyecto Pruebas preliminares Correcciones físicas o de diseño Pruebas definitivas Análisis de resultados Elaboración de informe Correcciones extras Presentación final
Tabla4. Actividades a realizar en Febrero.
RESULTADOS ESPERADOS Como indica la Img.8 en Quito el año 2008 (uno de los años con mayor nivel de lluvias de los registrados en los últimos años) se registró un volumen de lluvia que bordeó los 1400 milímetros de precipitación en el mes de Septiembre, junto con Loja fueron las ciudades con mayor nivel de lluvia de la región interandina. Teniendo valores como el mencionado, un sistema de recolección de agua es una buena opción para ahorrar y optimizar recursos naturales y económicos.
Img8. Volumen de precipitaciones en Quito año 2008 Para calcular la cantidad de aguas lluvia que puede ser cosechada, se emplea en los cálculos la media anual de agua caída. El conocer este valor no es garantía que la cantidad calculada será alcanzada, sobre todo en países o ciudades donde se presenten temporadas variables de lluvia y sequía.
Determinación de la capacidad de almacenamiento
9
10
Se considera un techo de 120 m² en un área con una media anual de agua caída de 450 mm, Se asume que menos del 100 % de la cantidad calculada será cosechada, utilizar factor de 90 %. Su cálculo se realiza con la siguiente expresión:
Media Anual de agua caída en mm x área en m² x factor = Agua Lluvia cosechada en lts Con los datos del problema planteado se tiene : 450 mm x 120 m² x 0.9 = 48.600 lts En muchos casos no es realista considerar construir una cisterna de 48.6 m3 de capacidad para una casa con solo 120 m² e techo. Sin embargo esta situación difiere de lugar a lugar, y no se puede decidir a priori cual será la capacidad del recipiente que sea realista y económicamente eficiente.
Diferentes tipos de techo para la cosecha de agua
La forma y el área de captación tienen una considerable influencia en la posibilidad de cosecha. Por tanto diferentes tipos de techo entregan distintos tipos de posibilidades de cosecha. Los techos más comunes se muestran en la Img9., el techo de una sola caída es el más apropiado para cosecha de agua lluvia, ya que el techo entero puede ser desaguado en un solo canal en el punto más bajo y uno o dos tubería en pendiente pueden ser ubicado dependiendo del área. El techo más complicado para la cosecha resulta ser el piramidal. Requiere una canaleta en cada lado y al menos dos cañerías descendentes en esquinas opuestas. Si se dispone de un techo de esta forma y de gran tamaño, el agua debería ser recibida en 4 depósitos localizados en cada esquina de la casa. El principal problema es siempre la esquina. Un ángulo de 90º en la canaleta debería ser evitado, pues es difícil ajustar canaletas de esa manera para que el agua fluya fácilmente hacia abajo. Los techos más útiles son los de una y doble caída.
Img9. Diferentes tipos de techos para cosecha de agua
Elección del tamaño del depósito
Vamos a plantear el caso en que una casa con un área de techo de 9.0 x 6.5 m está para ser surtida con medios para cosechar y almacenar agua de lluvia. La media anual de agua caída es de 450 mm.
Img9. Ilustración del problema Cálculo de agua lluvia 9.0 x 6.5 x 450 x 0.9 = 23.895 lts La altura desde el suelo a la canaleta de salida es de 3.0 m. De acuerdo a la tabla 4, un depósito de 4.0 m de diámetro con una altura de llenado de 1.8 m puede tener una capacidad de almacenamiento de 23.000 lts.
Ahora se plantea el caso de un sistema de tuberías conectado entre dos casas, como lo muestra la Img10:
Img10. Ilustración del problema planteado.
Cálculo de área de cosecha Techo A:
20.0 x 10.0 x 450 x 0.9 =
81.000 lts
Techo B:
9.0 x 15.0 x 450 x 0.9 =
54.675 lts
Total cosecha por año
= 135.675 lts
Alrededor de 136 m3 de agua lluvia puede ser capturada en un año de 450 mm de lluvia. El tamaño del recipiente escogido depende del más bajo afluente. Y también del espacio disponible. Altura de llenado (m) Diámetro int. (m)
1,8
2,1
2,65
2,9
3,2
3,45
3.5
17.50
20.00
25.50
28.00
31.00
33.00
3.8
20.50
24.00
30.00
33.00
36.50
39.00
4.0
22.50
26.50
33.50
36.42
40.00
43.50
4.3
26.00
30.50
38.50
42.00
46.50
50.00
4.5
28.50
33.50
42.00
46.00
51.00
55.00
4.8
32.50
38.00
48.00
52.50
58.00
62.50
5.0
35.50
41.00
52.00
57.00
63.00
67.50
5.3
22.00
46.50
58.50
64.00
70.50
82.00
5.5
43.00
50.00
63.00
69.00
76.00
76.00
5.8
47.50
55.50
70.00
76.50
84.50
91.00
6.0
51.00
59.50
75.00
82.00
90.50
97.50
6.3
56.00
65.50
82.50
90.50
100.00
107.50
6.5
59.50
69.50
88.00
96.00
106.00
114.50
6.8
65.50
76.00
96.00
105.00
116.00
125.00
7.0
69.00
81.00
102.00
111.50
123.00
133.00
7.3
75.50
88.00
111.00
121.50
134.00
144.50
7.5
79.50
93.00
117.00
128.00
141.50
152.50
7.8
86.00
100.50
126.50
138.50
153.00
165.00
8.0
90.50
105.50
133.00
146.00
161.00
143.50
Tabla4. Capacidad de diferentes tamaños de estanque, en m3 El Bloque B del problema anterior tiene una altura de canal de 3.0 m, el Bloque A tiene una altura de 3.3 m. El más bajo afluente debería venir desde B. Ya que las canaletas y tuberías deberían ir en pendiente haca el afluente, la altura ha de ser calculada. Para las canaletas una pendiente de 0.3 % es la mínima requerida (equivalente a 3 mm por metro). El Bloque A tiene una canal de largo de 20 m ( 20 x 0.3 = 60 mm), una cañería descendente con un mínimo de pendiente de 1.0 % (10 mm por metro) a la mitad de la pared más pequeña (5.0 m) lo que significa otros 50 mm de pendiente. Se suman los 600 mm de pendiente de las canaletas a los 50 mm de pendiente de las cañerías descendentes resultando 110 mm y se le suma 15 mm para la distancia desde la pared al depósito del afluente, resultando en 125 mm. Estos 200 mm tienen que ser deducidos de la altura de 3.0 m entre la canaleta y la tierra. Esta medida final de 2.8 m indica que el más bajo nivel de afluente y al mismo tiempo la altura de llenado del estanque, asumiendo que el fondo del depósito está a nivel del suelo. La capacidad de cosecha es de alrededor de 135.000 lts, con una altura de llenado de 2.8 m. La Tabla 4 muestra una altura de llenado de 2.65 m. Con esa altura de llenado, puede ser construido un depósito de 133.000 lts, con un diámetro interno de 8.0 m. Esta cisterna puede ser construida como un estanque de ladrillo reforzado. Será más económico construir un recipiente de esta capacidad que dos recipientes de alrededor de 66.000 lts, con una altura de llenado de 2.0 m y un diámetro interno de 6.5 m. Este ejemplo muestra que el sitio correcto del edificio es esencial para un recipiente de agua de lluvia económico. Tomando el caso teórico que el agua caída total ocurre en solo 5 días, debería significar que dividiendo 135.000 lts por 360 días por año, este recipiente debería suministrar 375 lts por día a través de todo el año. Ciertamente esta es teoría y en realidad el agua cae en un período de algunos meses. Esto también significa que algo del agua cosechada ya habrá sido usada cuando ocurra la próxima lluvia y el recipiente nunca estará lleno hasta su capacidad máxima, aún si el agua caída alcanza la media anual. Para el caso particular de este proyecto se va a suponer una vivienda estándar de la ciudad de Quito, como la mostrada en la Img10.
Img10. Casa supuesta para el proyecto. Para los cálculos se va a suponer un techo con 81 m². El volumen de lluvia necesario para los cálculos se va a obtener mediante la Img8, donde obteniendo una media de las precipitaciones en Quito aproximadamente se obtiene 800 mm de agua, dicha medida como se mencionó es hipotética, pues en Quito la temporada de lluvia no es muy marcada. Finalmente vamos a considerar un 75% como factor de captación de agua lluvia, aplicando la ecuación se tiene: 81 x 800 x 0.75 = 48600 lts anuales. Aplicando las condiciones indicadas se espera cosechar aproximadamente 48600 litros de agua lluvia anualmente. La altura desde el suelo a la canaleta de salida es de 3.0 m. De acuerdo a la tabla 4, un depósito de 4.8 m de diámetro con una altura de llenado de 2.65 m puede tener una capacidad de almacenamiento de 48.000 lts, que serían las condiciones que más se acercan a los cálculos realizados
BIBLIOGRAFIA
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