Sistema de Captación de Agua Pluvial

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21/10/2022

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Introducción al Derecho I

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA PLUVIAL
EN LA UNIDAD TERRITORIAL PARAJE SAN JUAN, DELEGACIÓN
IZTAPALAPA”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A:
ISAAC REA ZAFRA
ASESOR: DR. HÉCTOR F. MARTÍNEZ FRÍAS
México D.F. Junio 2013
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIIVIIENTO ACADÉIVIICO
SECRETARIA
DE
EDUCACiÓN PUBLICA
México, D. F., 04 de junio del 2013.
T·069·13
Al C. Pasante:
ISAAC REA ZAFRA
Juan Guardiola No. 130
Paraje San Juan
Iztapalapa
México, D.F.
C.P. 09830
2
Boleta:
009320534
Carrera:
/Q/
Generación:
2008·2012
Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el
C. Dr. Héctor F. Martínez Frías, sea orientador en el tema que propone usted desarrollar como prueba
escrita en la opción Tesis Individual, con el título y contenido siguiente:
"Sistema de captación y aprovechamiento de agua pluvial en la unidad territorial
paraje San Juan, delegación Iztapalapa".
Resumen.
Introducción.
1. - Generalidades sobre sistemas
de captación de agua.
11.- Consideraciones técnicas sobre sistemas
de captación de agua pluvial.
111 .- Estimación del área y volúmenes potenciales
de captación.
IV.- Selección y especificación de las
instalaciones y equipos.
V.- Estimaciones preliminares de
inversión y costos de operación .
Conclusiones.
Bibliograffa.
Anexos.
a o máximo de un año, a partir de esta fecha, para presenta
rtíñez Frias
Presid e de la Academia de Economia Industrial
Lic. Guillermo Albert
Jefe del Departamento
Seguimiento Acadé
c. c. p.- Control Escolar.
GATA/ams
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO
SECRETARiA
DE
EDUCACiÓN PUBLICA
T·069·13
México, D. F. , 20 de junio del 2013.
Al C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación:
ISAAC REA ZAFRA 2009320534 IQI 2008·2012
PRESENTE
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el
borrador de la modalidad de titulación correspondiente, denominado:
"Sistema de captación y aprovechamiento de agua pluvial en la unidad territorial
paraje San Juan, delegación Iztapalapa".
encontramos que el citado Trabajo de Tesis Individual, reúne los requisitos para autorizar el Examen
Profesional y PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las
indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron.
Atentamente
~~
Ing. José de Jesús Bernabé Juárez M. en C. Adolfo Sa/daña Pedroza
Vocal Secretario
c.c.p.- Expediente
GATA/rcr

AGRADECIMIENTOS

A dios que siempre estuvo en mi camino y me hizo tal y como soy y quien
sin su ayuda no habría trascendido en esta etapa de mi vida.
A mi madre quien me dio la vida y es un ejemplo a seguir por su coraje y
valentía al tomar las riendas de mi vida y la de mis hermanos para hacernos
hombres y mujeres honestos y con principios, que además, siempre me
apoyo incondicionalmente a lo largo de mi vida.
A mis hermanos por su apoyo y amistad y en especial a mi hermana por
aconsejarme cuando necesitaba de alguien.
Al Dr. Héctor F. Martínez Frías quien me guió y aconsejo en esta preciada
etapa de mi vida y que sin su sabiduría, el presente trabajo no se habría
conducido de la mejor manera.
A todos los profesores que estuvieron presentes en mi formación y
aportaron de sus conocimientos para la realización de este trabajo.
A mis amigos que estuvieron conmigo en las buenas y las malas y con
quienes compartí estos años tan gloriosos de universidad.
A mi novia quien siempre me apoyo y me alentó a seguir adelante siempre
y contra cualquier adversidad.

RECONOCIMIENTOS

Al Instituto Politécnico Nacional por la oportunidad que se me otorgó de
estudiar en esta prestigiada institución.
A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas que
me ha dado la formación profesional de la que gozo y plasmo en este
trabajo.
A la planta purificadora Neiva Plus por confiar en mí y proporcionarme
información valiosa.

ÍNDICE
RESUMEN .....................................................................................................................................................11
INTRODUCCIÓN. ...........................................................................................................................................12
I. GENERALIDADES SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA .............................................................13
1.1 Antecedentes históricos .....................................................................................................................13
1.2 Problema hídrico ................................................................................................................................14
1.2.1 Abasto de agua a la población ....................................................................................................14
1.2.2 Problemática del agua en el mundo ...........................................................................................18
1.2.3 Impacto global del desabasto hídrico .........................................................................................19
1.2.4 Situación en México ....................................................................................................................19
1.3 Ciclo hidrológico .................................................................................................................................21
1.4 Precipitación en México .....................................................................................................................22
1.4.1 Clima en Iztapalapa .....................................................................................................................23
1.4.2. Recuperación del agua de lluvia .................................................................................................24
1.5 Paraje San Juan...................................................................................................................................26
1.6 Beneficios de los sistemas de captación de agua ..............................................................................26
II. CONSIDERACIONES TÉCNICAS SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA PLUVIAL..........................29
2.1 Superficie de captación. .....................................................................................................................30
2.2 Canaletas y bajantes/conductos ........................................................................................................32
2.3 Rejillas y desviadores de la primera descarga ....................................................................................36
2.4 Sistema de almacenamiento ..............................................................................................................38
2.4.1 Sedimentador ..............................................................................................................................38
2.4.2 Cisternas ......................................................................................................................................39
2.5 Contaminantes del agua de lluvia ......................................................................................................42
2.5.1. Ozono (O3) ..................................................................................................................................43
2.5.2. Dióxido de Nitrógeno (NO2) .......................................................................................................442.5.3. Monóxido de Carbono (CO) .......................................................................................................45
2.5.4. Dióxido de Azufre (SO2) ..............................................................................................................46
2.5.5 Partículas suspendidas (PM) .......................................................................................................48
2.5.6 Plomo (Pb) ...................................................................................................................................50

vii

2.5.7 Composición química del agua de lluvia .....................................................................................50
2.6 Métodos de tratamiento de agua ......................................................................................................52
2.6.1 Tratamientos físicos ....................................................................................................................52
2.6.2 Tratamientos químicos ................................................................................................................54
III. ESTIMACIÓN DEL ÁREA Y LOS VOLÚMENES POTENCIALES DE CAPTACIÓN.....................................57
3.1 Potencial de captación .......................................................................................................................57
3.2 Volumen de agua captado en la superficie prototipo ........................................................................58
3.3 Caudal de escurrimiento y tuberías ...................................................................................................60
3.4.1 Bajantes y desviadores de primera descarga ..............................................................................61
3.4 Sedimentador .....................................................................................................................................61
3.5 Capacidad de purificación ..................................................................................................................62
IV. SELECCIÓN Y ESPECIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS ................................................63
4.1. Rejillas ...............................................................................................................................................63
4.2 Tubería de conducción .......................................................................................................................64
4.3 Bajante y desviador de primeras descargas .......................................................................................67
4.4 Dimensiones optimas del sistema de almacenamiento .....................................................................68
4.4.1 Sedimentador ..............................................................................................................................68
4.4.2 Cisterna de almacenamiento previo al tratamiento ...................................................................70
4.4.3 Recipientes de almacenamiento de agua purificada. .................................................................71
4.5 Sistema de purificación ......................................................................................................................72
4.5.1 Especificación y mantenimiento de equipos de purificación ......................................................74
V. ESTIMACIONES PRELIMINARES DE INVERSIÓN Y COSTOS DE OPERACIÓN ..........................................78
5.1 Costos de adquisición .........................................................................................................................78
5.1.1 Rejilla de filtración .......................................................................................................................78
5.1.2 Tubería y accesorios ....................................................................................................................78
5.1.3 Almacenamiento .........................................................................................................................79
5.1.4 Planta purificadora de agua ........................................................................................................80
5.1.5 Inversión fija ................................................................................................................................80
5.3 Costos de operación ...........................................................................................................................82
5.3.1 Costos variables de operación ....................................................................................................82
5.3.2 Cargos fijos de inversión .............................................................................................................87
viii

5.3.3 Cargos fijos de operación ............................................................................................................88
5.3.4 Gastos generales .........................................................................................................................88
5.3.4 Egresos totales ............................................................................................................................89
5.4 Presupuesto de utilidades ..................................................................................................................89
CONCLUSIONES ............................................................................................................................................91
BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................................................................92
ANEXOS ........................................................................................................................................................96

ÍNDICE DE FIGURAS
1. MAPA DE LA CIUDAD MAYA DE TIKAL DONDE SE MUESTRA LA PRESA DONDE SE HACÍA LLEGAR EL AGUA DE LLUVIA
QUE ERA COLECTADA .................................................................................................................... 14
2. CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN EN EL DISTRITO FEDERAL Y LA ZONA METROPOLITANA DEL VALLE DE MÉXICO. .. 16
3. FUENTES DE SUMINISTRO DE AGUA A LA CIUDAD DE MÉXICO ................................................................... 17
4 EXTRACCIÓN DE AGUA EN MANTOS FREÁTICOS (UN-HABITAT, 2005A). ................................................... 19
5. CICLO HIDROLÓGICO ........................................................................................................................ 22
6. MAPA DE PRECIPITACIÓN PROMEDIO ANUAL DEL DISTRITO FEDERAL. ....................................................... 24
7. DESARROLLO URBANO EN EL MUNDO .................................................................................................. 25
8. SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA EN CASA HABITACIÓN. ......................................................................... 30
9. TECHOS DE CONCRETO CON RECUBRIMIENTOS DE IMPERMEABILIZANTE EN IZTAPALAPA, ................................ 31
10. TUBERÍAS MEDIANTE LAS CUALES SE DESHACEN DEL AGUA DE LLUVIA LOS TECHOS DE LAS CASAS EN LA CIUDAD DE
MÉXICO. .................................................................................................................................... 33
11. REJILLAS DE ALUMINIO PARA FILTRAR MATERIAL DE DESECHO. ................................................................ 36
12. DISPOSITIVO DESVIADOR DE LA PRIMERA DESCARGA. ............................................................................ 37
13. SEDIMENTADOR PARA SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA. ........................................................ 39
14. CONCENTRACIONESDE OZONO EN PARTES POR BILLÓN (PPB) A 1H DESDE 1988 HASTA 2012. ..................... 44
15. CONCENTRACIONES DE NO2 EN LA ATMOSFERA DE LA CIUDAD DE MÉXICO DESDE 1988 A 2012.................. 45
16. CONCENTRACIONES DE SO2 EN LA CIUDAD DE MÉXICO CON PARÁMETROS ACTUALIZADOS. .......................... 47
17. CONCENTRACIONES DE SO2 EN LA CIUDAD DE MÉXICO DESDE 1986 HASTA 2010. ................................... 47
18. CONCENTRACIONES DE PST EN AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ............................................................. 49
19. CONCENTRACIONES DE PM10 EN EL AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ...................................................... 49
20. CONCENTRACIONES DE PM2.5 EN EL AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ...................................................... 49
21. CONCENTRACIONES DE PB EN LA ATMOSFERA DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ................................................. 50
22. POTENCIAL DE HIDROGENO DEL AGUA DE LLUVIA DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ............................................. 51
23. LOCALIZACIÓN DEL PREDIO DONDE SE ENCONTRARÁN LAS INSTALACIONES DEL SISTEMA DE PURIFICACIÓN Y
CAPACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA. ..................................................................................................... 63
24. DIVISIÓN DEL PERÍMETRO DE LA MANZANA EN DOS Y LOCALIZACIÓN DE LOS SENTIDOS DE LOS CONDUCTOS. ..... 66
25. BAJANTES, DESVIADORES DE LA PRIMERA DESCARGA Y CONDUCTO HACIA EL SEDIMENTADOR. ....................... 68
26.DIMENSIONES ÓPTIMAS DEL SEDIMENTADOR Y DE SU INSTALACIÓN EN EL SUBSUELO. ................................... 69
27. ISOMÉTRICO DE LA CISTERNA DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA CON CAPACIDAD DE 45 M3. ...... 71
28. BOCETO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO PREVIO AL TRATAMIENTO. ................................................... 71
29. DIAGRAMA DE PROCESO DE PURIFICACIÓN DE AGUA DE LA EMPRESA GRUPO AGUA. ................................... 77
30. DIAGRAMA DE MOODY. ................................................................................................................. 96

ÍNDICE DE TABLAS
1. COEFICIENTES DE ESCURRIMIENTO DE DISTINTOS MATERIALES................................................................... 32
2. CALCULO DE LA CANTIDAD DE AGUA CAPTADA DEBIDO AL ÁREA DE CAPTACIÓN ............................................ 42
3. CALCULO DEL VOLUMEN ÓPTIMO DE ALMACENAMIENTO, PARA LA MANZANA CONSIDERADA PROTOTIPO. ......... 59
4. APROXIMACIONES SUCESIVAS PARA OBTENER EL DIÁMETRO MÍNIMO. ........................................................ 61
5. RESULTADOS DEL ALGORITMO DE CÁLCULO PARA OBTENER EL DIÁMETRO MÍNIMO DE LA TUBERÍA POR TRAMO. .. 65
6. CANTIDAD MÍNIMA DE ACCESORIOS NECESARIOS POR MANZANA. .............................................................. 67
7. CONCENTRACIONES DE CONTAMINANTES EN EL AGUA DE LLUVIA Y SUS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES ............ 73
8. LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CARACTERÍSTICAS BACTERIOLÓGICAS SEGÚN LA NOM-027-SSA1-1994. ... 73
9. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ORGANOLÉPTICAS DEL AGUA PURIFICADA SEGÚN LA NOM-027-SSA1-1994. ....... 74
10. COSTOS DE ADQUISICIÓN E INSTALACIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS. ...................................................... 79
11. COSTOS DE ADQUISICIÓN E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO. .......................................... 80
12. TARIFAS DEL SERVICIO ELÉCTRICO DE CFE. .......................................................................................... 85
13. LISTA DE PRECIOS PARA CONSUMIBLES DE FILTROS. ............................................................................... 86
14. MEDIDAS PARA LA EXCAVACIÓN E INSTALACIÓN DE LAS CISTERNAS ROTOPLAS SEGÚN SU TAMAÑO. ................ 97
file:///C:/Users/ISAAC/Desktop/TESIS%20ISAAC%20REA%20TERMINADA1.docx%23_Toc359594484

RESUMEN
El agua es sin duda uno de los más preciados bienes que la naturaleza otorga a todos los
habitantes de este planeta, toda vez que la vida depende de su disponibilidad en cantidades
adecuadas no solamente para la supervivencia de las especies sino también para su bienestar y
confort.
En ninguna de las ciudades de la república mexicana existe una cultura generalizada de cuidado
del agua y su empleo es irracional, con un elevado desperdicio cotidiano, de manera que sin
importar el costo del agua que se distribuye en la red municipal, la mayoría de las familias la
malgasta.
Tampoco existe un uso generalizado de dispositivos para colectar el agua de lluvia y en
consecuencia no se aprovecha porque se carece de cárcamos o recipientes para su
almacenamiento previo a un tratamiento.
Con base en la información disponible de la unidad territorial denominada Paraje San Juan de
la Delegación Iztapalapa con un área aproximada de 583,000 m2, y que cuenta con una
población aproximada de 12,000 habitantes, se desarrolla el presente proyecto, a fin de buscar
una alternativa de solución al desabasto de agua en los últimos años, debido a la escasez en las
fuentes de donde se distribuye, en especial los escasos volúmenes destinados a esta zona de la
ciudad, provenientes del sistema Cutzamala.
El capítulo I de esta Tesis presenta las generalidades sobre sistemas de captación de agua que
se emplean en diversas localidades para entrar a las consideraciones técnicas sobre dichos
sistemas en el capítulo II.
En el capítulo III se estiman los volúmenes potenciales de captación del agua de lluvia con base
en la información de la unidad territorial paraje san juan, así como las capacidades de
almacenamiento que se requerirán para abastecer a las viviendas de la manzana en estudio y se
presentan los gastos volumétricos que circularán por las tuberías.
El capítulo IV contiene la selección y especificaciones de las instalaciones y los equipos,
incluyendo las tuberías de captación, la cisterna de almacenamiento del agua previo a su
tratamiento, los mecanismos para llevar a cabo su tratamiento, se procede a la selección de los
proveedores nacionales que suministrarían los equipos y sus accesorios.
El capítulo V contiene las estimaciones preliminares de inversión y costos de operación de
manera que se tenga una buena apreciación de los requerimientos en cada caso.
Finalmente se presentan las conclusiones del estudio, que establecen con claridad la
factibilidad técnico-económica del proyecto bajo estudio.

INTRODUCCIÓN.
Es ampliamente reconocida la importancia del agua como un bien esencial para la vida de los
humanos y todos los seres vivientes, así como para numerosas actividades económicas que van
desde el cultivo de especies botánicas hasta su procesamiento y transformación para darles
mayor vida útil. Toda el agua, independientemente de su origen requiere de tratamientos de
diversa índole para hacerla potable y útil para las actividades industriales.
Desafortunadamente en México todavía no existe una cultura generalizada para un uso racional
que permita no solamente economizarla en las actividades diarias, sino también aprovecharla a
través de un reciclaje racional.
Adicionalmente el agua de lluvia aún no se colecta y aprovecha porque se carece de las
instalaciones para su almacenamiento, potabilización y distribución a los usuarios potenciales.
La unidad territorial Paraje San Juan de la Delegación Iztapalapa está delimitada por las
avenidas San Lorenzo, Puente Ramírez, Camino Viejo Real a San Francisco y El Rosal, y por las
calles Priv. Santa Cruz, Amapola, Azucena, José M. Anzorena, Clavelina y Gardenia
representando un área aproximada de 583,000 m2, que cuenta con una población aproximada
de 12,000 habitantes y ha sufrido durante varios años un desabasto de agua debido a la escasez
en las fuentes de donde se distribuye, en especial los escasos volúmenes destinados a esta zona
de la ciudad, provenientes del sistema Cutzamala.
El agua que se abastece se utiliza para diversos propósitos en el hogar y aunque la calidad delagua no siempre es buena, se llega a utilizar en la preparación de alimentos y hasta para beber,
pudiendo causar daños a la salud de los habitantes; por ello se ha explotado el mercado de la
purificación de agua económica habiendo mucha competencia en el medio.
Con base en lo anterior, se propone realizar un proyecto para el diseño de un sistema de
captación y purificación de agua de lluvia que beneficie a los habitantes de la unidad territorial
Paraje San Juan, aprovechando el alto potencial que ofrece su superficie efectiva y de esa
manera mitigar al máximo el problema de abasto y contaminación del vital líquido.
Tomando en consideración, por una parte la escasez de agua potable para consumo doméstico
y por otra parte el potencial que representa el acopio de agua de lluvia, se ha considerado el
diseño de un sistema de captación y tratamiento de agua pluvial, por lo que se han establecido
como objetivos particulares de la presente Tesis los siguientes:
1) Estimar el volumen de agua que podría captarse en el área del Paraje San Juan.
2) Realizar una estimación del tamaño más apropiado para las instalaciones de la cisterna
de almacenamiento en una unidad prototipo y de los equipos de tratamiento.
3) Diseñar las instalaciones para el almacenamiento del agua una vez potabilizada.
4) Desarrollar la integración de equipos y unidades complementarias, con base en la
ingeniería del proyecto, incluyendo los requerimientos de servicios auxiliares.
5) Efectuar las estimaciones de inversión y costos de operación para el proyecto.

I. GENERALIDADES SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA
La captación de agua de lluvia es la recolección, transporte y almacenamiento de dicha agua
que cae sobre una superficie de manera natural o contenida por el hombre. Las superficies que
captan el agua en las ciudades pueden ser techos de casas y edificios, techumbres de almacenes
y de tiendas, explanadas, etc. (Adler, et al., 2008). El agua proveniente del sistema de captación
puede tener diversos usos dependiendo del tratamiento que se le dé para un aprovechamiento.
Existen dos principales técnicas para la captación de agua de lluvia:
a) Almacenar el agua en la superficie para un uso posterior.
b) Recargar el manto freático.
El agua de lluvia captada directamente puede ser utilizada para el uso doméstico en diversos
usos no potables, o bien puede abastecer de manera artificial el subsuelo (Bhattacharya & Rane,
2003).
1.1 Antecedentes históricos
La captación de agua de lluvia para uso doméstico data de hace ya varios siglos. Los diseños de
las casas construidas en el imperio romano en la época del emperador Galerio (305-311 años
d.c) ya tenían incluido un sistema de captación de agua y una cisterna para el almacenamiento
de agua de uso doméstico.
Otro caso de estos sistemas se observa en el palacio de Knossos (1710 a.c) en Creta, en donde
se han encontrado sofisticados sistemas de captación de agua de lluvia, mediante la utilización
de los techos y la construcción de cisternas (Anaya, 1998).
Inclusive los antiguos mayas recolectaban prácticamente toda el agua que caía del cielo sobre la
ciudad de Tikal (Figura 1). El agua que caía sobre el suelo, techos y demás territorio en las
ciudades, era canalizada hacia una presa que se construyó hace más de 1,500 años y que lleva
por nombre “Palacio de presa”.
14

Figura 1. Mapa de la ciudad maya de Tikal donde se muestra la presa donde se hacía llegar el agua de
lluvia que era colectada1
La captación del agua de lluvia es un medio tan antiguo de abastecimiento de agua que perdió
importancia a partir del rápido crecimiento de las urbes y cuando los avances tecnológicos
permitieron introducir el agua por medio de tuberías en nuestros domicilios (Caballero, 2006).
1.2 Problema hídrico
1.2.1 Abasto de agua a la población
Hoy en día en el mundo el agua se abastece a las ciudades gracias a las obras de infraestructura
y distribución realizadas por las instancias gubernamentales o particulares que ofrecen el
servicio y se distribuye por medio de tuberías hacia las casas y edificios, siendo de diversas
fuentes el agua que se suministra. El agua que se distribuye proviene principalmente:
a) Lagos y ríos. Generalmente son entubados o se construyen presas de gran magnitud
para que sean suficientes para abastecer del vital líquido a las ciudades. El uso de estas
fuentes requiere de grandes inversiones y obras de ingeniería de gran envergadura para
poder llevar el agua a cada hogar de las ciudades beneficiadas.

1
Información e imagen obtenidas del portal: http://esmateria.com/2012/07/16/hallan-la-mayor-presa-construida-
por-los-mayas/

b) Extracción de agua de pozos. Esta fuente de abastecimiento es la más común en el
mundo y se obtiene por medio de la excavación de pozos que llegan a mantos acuíferos,
de los cuales se extrae el agua para ser distribuida a las ciudades o a comunidades
rurales.
c) Desalinización del agua de mar. Este método no es muy utilizado por su elevado costo
de operación, pero en países donde carecen de otro medio de abastecimiento suficiente
y más económico ya se utiliza, tal es el caso de las islas canarias y algunas ciudades de la
costa mediterránea. En el mundo alrededor de dos terceras partes del agua que se
obtiene por desalinización, se produce en Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos y
otros países del medio oriente y del norte de África (Basáñez, 2007). Hoy en día también
se recurre a un método muy novedoso de desalinización de agua, la Osmosis inversa,
donde desalar 1 m3 de agua cuesta medio euro pero la inversión para establecer una
planta es muy grande (SACM, 2012).
d) Tratamiento de aguas residuales. Este tratamiento es otra forma de abastecimiento de
agua pero resulta muy costosa y se utiliza para fines muy específicos, es muy difícil que
se llegue a una potabilización completa de este tipo de aguas.
e) Captación de agua de lluvia. Es un método muy antiguo pero en la actualidad muy poco
empleado. La utilización de estos sistemas queda en manos de particulares o edificios
gubernamentales y la utilizan para su propio beneficio. Es cierto que se han
implementado pozos de captación de agua de lluvia para la recarga de mantos freáticos
en todo el mundo, pero resultan poco eficientes ya que se extrae más de lo que se
introduce y tarde o temprano el agua se acabará.
Los beneficios obtenidos de la distribución por parte de las instancias gubernamentales son
grandes para los habitantes de las urbes, pero en las zonas rurales el panorama es muy
diferente ya que la distancia entre una casa y otra imposibilita tener un sistema eficiente de
suministro de agua y de allí la importancia de un sistema alternativo de suministro de agua.
1.2.1.1 Demanda y suministro en la Ciudad de México
En la ciudad de México el organismo encargado del abasto del agua es el SACM (Sistema de
Aguas de la Ciudad de México), también se encarga de gestionar el drenaje, alcantarillado y el
tratamiento y reúso de aguas residuales en la capital del país.
La demanda de agua en la zona metropolitana de la Ciudad de México ha tenido un incremento
sostenido, particularmente por el crecimiento de la población en el Estado de México, ya que a
partir de 1980 la población en el Distrito Federal se ha estabilizado (Figura 2). Adicionalmente, la
16

demanda de agua ha crecido por el desarrollo industrial, comercial y de servicios asentados en
esa zona (SACM, 2012).

Figura 2. Crecimiento de la población en el Distrito Federal y la zona Metropolitana del valle de México2.
La disponibilidad natural de agua en esta gran urbe es del orden de 512.80 mm3/año3 de aguas
subterráneas y de 297.11 mm3/año de aguas superficiales. Con una población de 8’851,080
habitantes, el estrés hídrico resulta de 91.50 m3/hab por año, la másbaja de todo el país,
incluida la cuenca del Valle de México, cuyo estrés hídrico es de 161 m3 /hab por año. No
obstante que el Distrito Federal ocupa sólo el 0.08% del territorio nacional y concentra el 17.7%
del Producto Interno Bruto (SACM, 2012).
El abastecimiento de agua potable para el Distrito Federal asciende a 31.2 m3/s, de los cuales 9
m3/s provienen del sistema Cutzamala y 4 m3/s del Lerma, 1 m3/s de los manantiales del
Distrito Federal y 13.6 m3/s de pozos que extraen agua del acuífero superior de la Ciudad de
México. No obstante, existe un déficit de 1.7 m3/s, debido al crecimiento demográfico,
particularmente en las delegaciones Tláhuac, Xochimilco, Cuajimalpa, Tlalpan e Iztapalapa, las

2
Crecimiento de la población en el valle de México según SACM.
3
mm
3
= miles de metros cúbicos.

condiciones de la infraestructura hidráulica y la situación geográfica o legal de algunos
asentamientos (Figura 3) (SACM, 2012).

Figura 3. Fuentes de suministro de agua a la Ciudad de México4
Si se hace un contraste entre los beneficios del suministro de agua en una urbe como la Ciudad
de México y un área rural, se puede observar un abismo muy grande puesto que en la urbe el
costo del agua es bajo mientras que en las comunidades rurales su precio suele ser elevado por
el alto costo que implica la infraestructura y el mantenimiento periódico que debe dársele.
En muchos lugares del mundo con alta o media precipitación y en donde no se dispone de agua
en cantidad y calidad necesaria para consumo humano, se recurre al agua de lluvia como fuente
de abastecimiento (UNATSABAR, 2001).

4
Fuente: http://www.sacmex.df.gob.mx
18

Tomando en cuenta este aspecto y sabiendo que el agua de lluvia cae del cielo sin implicar costo
alguno aparte de la inversión inicial, se puede inferir que un sistema que capte el agua que
precipita debe resultar en un gran beneficio tanto para una urbe como para una zona rural.
1.2.2 Problemática del agua en el mundo
La población mundial se ha duplicado a partir de 1950 y ha alcanzado 7 mil millones de personas
en 2012. Las proyecciones de población más recientes según las Naciones Unidas, indican que
en un escenario de fecundidad media, la población mundial podría alcanzar un máximo de
alrededor de 8.9 mil millones en 2050 (UN-HABITAT, 2005a), esto implica que de no tomar
medidas preventivas de los problemas que la humanidad enfrenta hoy en día, en unos años se
agravarán seriamente.
Además, el rápido crecimiento de la población aunado a la industrialización de los países en
desarrollo, la urbanización y la intensificación de la agricultura está resultando en una crisis
mundial de agua. En el año 2000, por lo menos 1.1 billones de personas en el mundo, no
tuvieron acceso a agua de potable (UN-HABITAT, 2005a).
A consecuencia de esto, los mantos freáticos han ido desapareciendo o su nivel ha bajado
considerablemente y de no atender este problema, en unos años los habitantes de las urbes
sufrirán la escasez del agua y su calidad de vida disminuirá.
1.2.2.1 Mantos freáticos
Las aguas subterráneas siguen constituyendo un elemento de enorme importancia para la
provisión de agua para uso humano en las zonas urbanas y rurales, tanto en países
desarrollados como en desarrollo. Innumerables ciudades obtienen su suministro para uso
doméstico e industrial de acuíferos a través de pozos municipales y privados. Casi el 60% de las
ciudades europeas de más de 100 mil habitantes consumen agua procedente de mantos
acuíferos sobreexplotados (Basáñez, 2007).
En México el 37% de la población (30 millones de habitantes aproximadamente) son usuarios de
aguas provenientes de mantos acuíferos (CONAGUA, 2011).
La caída de los niveles freáticos está muy extendida y causan serios problemas, tanto porque
conducen a la escasez de agua y, en las zonas costeras se presenta la intrusión salina. Tanto la
contaminación del agua potable, la nitración y la contaminación por metales pesados de los ríos,
lagos y embalses son problemas comunes en todo el mundo. Es muy difícil aumentar la oferta
mundial de agua dulce y cada vez más personas se están convirtiendo en dependientes de los
suministros limitados de agua dulce que están cada vez más contaminadas. La seguridad del

agua, como la seguridad alimentaria, se está convirtiendo en una prioridad nacional y regional
en muchas zonas del mundo (UN-HABITAT, 2005a).
1.2.3 Impacto global del desabasto hídrico

Figura 4 Extracción de agua en mantos freáticos (UN-HABITAT, 2005a).
Según la “Evaluación General de los Recursos de Agua Dulce en el Mundo” elaborada por la
Comisión de las Naciones Unidas para el desarrollo sostenible (Caballero, 2006):
 Para el año 2025, dos terceras partes de la población mundial (aproximadamente 5,500
millones de personas), vivirán en países donde los esfuerzos por alcanzar un crecimiento
económico y un progreso social podrán enfrentar serios problemas si continúan las
políticas actuales en relación con el uso y el manejo del agua.
 En 1995 el 20% de la población mundial no tenía acceso al agua potable y el 50% carecía
de agua para una higiene adecuada.
 Cerca de la mitad de la población del mundo en desarrollo sufre de una enfermedad
asociada con agua contaminada, por este motivo, mueren cada año por diarrea,
aproximadamente, 3 millones de personas, principalmente niños.
 Durante el siglo XX, la proporción de agua utilizada ha aumentado en más del doble en
relación con la tasa de crecimiento de la población.
1.2.4 Situación en México
La república Mexicana tiene una extensión geográfica de 1’964,375 Km2 y cuenta con una
población total de 112’336,538 habitantes según datos del INEGI (2011), además estudios
20

realizados por la SEMARNAT5 prevén un aumento de la población hacia el año 2030 para
situarse en 130 millones de mexicanos aproximadamente.
Por si esto fuera poco, entre los años 2000 y 2005, la disponibilidad por habitante disminuyó de
4,841 m3/año a 4,573 m3/año, y los escenarios estudiados por la Comisión Nacional del Agua
(CONAGUA), así como las proyecciones de población del Consejo Nacional de Población
(CONAPO), indican que, para el año 2030, la disponibilidad media de agua por habitante se
reducirá a 3,705 m3/año6.
México tiene una gran variedad de climas, bien se ha escuchado en los medios de comunicación
e informes de estados de la república que en la zona norte del país se han sufrido severas
sequías debido a la poca precipitación que ocurre en esos estados, en contraparte, en algunos
estados de la región sur del país la lluvia puede llegar a los 2,500 mm por metro cuadrado,
provocando inundaciones recurrentes.
El problema de desabasto de agua en México está matizado, puesto a que hay lugares de la
republica donde abunda el líquido y no representa problema alguno por su baja densidad de
población, por otra parte, en otros lugares como en Iztapalapa (que es la demarcación con
mayor densidad de población en el país), sufren de un severo problema de desabasto, es por
ello que este trabajo se enfoca en dicha problemática de una colonia de la Delegación
Iztapalapa.
1.2.4.1 Agua en Iztapalapa
La Delegación Iztapalapa está situada al oriente del Distrito Federal, cuenta con una extensión
de 116.67Km2 que es el 7.5% de la superficie de la Ciudad y se encuentra a 2240 m sobre el nivel
del mar7.
La Delegación Iztapalapa es la demarcación geográfica más poblada del país, con más de 1.8
millones de habitantes, en comparación con los volúmenes de población de los municipios de la
república mexicana; en contraparte, las delegaciones Milpa Alta y Cuajimalpa de Morelos
constituyen las delegaciones menos pobladas. Su densidad de población es de 5,920.5
habitantes por kilómetrocuadrado, contrastando con la media nacional de 57.3. Las
delegaciones Iztacalco, Cuauhtémoc e Iztapalapa tienen una densidad superior a los 16,000
habitantes por kilómetro cuadrado (SACM, 2012).

5
El estudio puede consultarse en: http://app1.semarnat.gob.mx/dgeia/informe_resumen/01_poblacion/cap1.html
6
Información del Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 disponible en: http://pnd.calderon.presidencia.gob.mx/
7
Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx

Estos datos demográficos permiten observar indirectamente, la demanda de agua que sugieren
estas delegaciones, especialmente hablando de Iztapalapa donde decenas de colonias sufren de
desabasto o de abasto intermitente del vital líquido por medio de tuberías y deben conformarse
con recibir pipas de agua potable que el gobierno distribuye para mitigar el problema. En
Iztapalapa la escasez se considera como algo habitual que forma parte de su vida cotidiana
(Quintero M., 2008).
La población en esta demarcación va en aumento año con año a un ritmo de 0.23% como
mínimo aproximadamente y de seguirse esta tendencia aunada a la falta del recurso hídrico, se
está llevando a la población de Iztapalapa a una verdadera crisis política y social.
Desde el año 2000 a la fecha se han hecho grandes esfuerzos por tratar de mitigar el problema
en el abasto del líquido en Iztapalapa, sin embargo, debido a que se elige jefe delegacional cada
3 años, se proponen soluciones a corto plazo con gran impacto mediático sin velar por los
verdaderos intereses de la población afectada por la falta del vital recurso.
1.3 Ciclo hidrológico
El agua en la naturaleza no permanece estática, presenta un constante dinamismo en el cual se
definen diferentes etapas o fases; estas, por su manera de enlazarse, generan un verdadero
ciclo, ya que el inicio ocurre donde posteriormente concluye.
El ciclo hidrológico es el proceso mediante el cual se realiza el abastecimiento de agua para las
plantas, animales y el hombre (Figura 5). Su fundamento es que toda gota de agua, en cualquier
momento en que se considere del ciclo, va recorriendo varios procesos hasta volver donde
inicio. Este recorrido puede darse por distintas vías; el ciclo hidrológico no tiene un camino
único. Se puede partir desde una nube como elemento de origen, desde ella se tienen distintas
formas de precipitación, con lo que se puede considerar que se inicia el ciclo abriéndose camino
por distintos medios de transporte del líquido (Maderey, 2005).
22

Figura 5. Ciclo hidrológico
En el ciclo hidrológico, una proporción importante de la precipitación pluvial regresa a la
atmósfera en forma de evapotranspiración, mientras que el resto escurre por los ríos y arroyos
delimitados por las cuencas hidrográficas, o bien se infiltra en los acuíferos (CONAGUA, 2011).
1.4 Precipitación en México
La precipitación media anual del país en el periodo de 1941-2010 fue de 776.2 milímetros8. Es
importante señalar que la distribución mensual de la precipitación acentúa los problemas
relacionados con la disponibilidad del recurso, debido a que el 68% de la precipitación normal
mensual ocurre entre los meses de junio y septiembre (CONAGUA, 2011).
Anualmente México recibe del orden de 1,489 miles de millones de metros cúbicos9 de agua en
forma de precipitación. De esta agua, se estima que el 73.1% se evapotranspira y regresa a la
atmósfera, el 22.1% escurre por los ríos o arroyos, y el 4.8% restante se infiltra al subsuelo de
forma natural y recarga los acuíferos. Tomando en cuenta las exportaciones e importaciones de
agua con los países vecinos, así como la recarga incidental, anualmente el país cuenta con 460
mil millones de metros cúbicos de agua dulce (CONAGUA, 2011).
Cabe aclarar que el agua se debe analizar desde tres perspectivas (CONAGUA, 2011):
• Distribución temporal, ya que en México existen grandes variaciones del agua a lo
largo del año. La mayor parte de la lluvia ocurre en el verano, mientras que el resto
del año es relativamente seco.

8
Datos obtenidos de www.cna.gob.mx
9
Miles de millones de metros cúbicos = Km
3

• Distribución espacial. Porque en algunas regiones del país ocurre precipitación
abundante y existe una baja densidad de población, mientras que en otras sucede el
efecto contrario.
• Área de análisis. Porque la problemática del agua y su atención es
predominantemente de tipo local. Los indicadores calculados a gran escala esconden
las fuertes variaciones que existen a lo largo y ancho del país.
El agua proveniente de las precipitaciones debe ser aprovechada al máximo posible ya que
como se menciona anteriormente, son cantidades enormes de agua que se contaminan o
simplemente no llegan a completar su ciclo natural al no poder infiltrarse al subsuelo en las
ciudades. Tal es el caso de la ciudad de México que se encuentra edificada sobre un gran lago y
un manto freático que tiene un espesor que oscila entre 100 y 500 metros y con una
profundidad máxima de 1000 m.
1.4.1 Clima en Iztapalapa
El clima predominante en la delegación Iztapalapa es el templado subhúmedo con lluvias
en verano además de lluvias invernales que representan del 5 a 10% del total anual y en
el mes más seco precipitan cerca de 4 mm.
La Delegación Iztapalapa se encuentra comprendida dentro de la isoyeta10 de 700mm
(Figura 6). La isoterma predominante es la de 14°C y sólo una pequeña porción en el
Noreste en la isoterma de 16°C11.
Hoy en día no se puede dejar de lado el cambio climático y más aún cuando este significa
una intensificación del ciclo hidrológico. Se prevé que la temperatura de la tierra
aumentara un par de grados en los próximos 100 años y esto dependerá en gran medida
de las acciones que tomen los países para controlar la emisión de gases de efecto
invernadero. Al Haber una mayor temperatura en la atmosfera, habrá más evaporación
de agua y por ende habrá más lluvia, ya que la precipitación siempre es proporcional a la
evaporación. Para las grandes urbes y comunidades rurales que tienen problemas
debido a la gran cantidad de agua que precipita; la intensificación del ciclo hidrológico
significa más problemas de los que tenían.

10
Según RAE, Isoyeta: Curva para la representación cartográfica de los puntos de la Tierra con el mismo índice de
pluviosidad media anual.
11
Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx/htm/geografia.html
24

Figura 6. Mapa de Precipitación Promedio Anual del Distrito Federal12.
1.4.2. Recuperación del agua de lluvia
La importancia de captar, almacenar y utilizar el agua de lluvia para uso doméstico es de gran
relevancia para la mayoría de las poblaciones, sobre todo aquellas que cuentan con un latente
desabasto de agua o simplemente no la tienen. A pesar de todo, la recuperación de agua pluvial
no ha tenido gran auge debido a que no se tiene el hábito o se cree que el agua que precipita
está sucia y no puede ser utilizada para usos domésticos.
Hoy en día se debe poner mayor énfasis en las alternativas económicas y eficientes de
abastecimiento de agua, ya que la población de este planeta demanda cada vez más líquido y no
se oferta lo suficiente.

12
Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx/htm/geografia.html

Se sabe bien que la urbanización es un camino que el panorama mundial tiende hacia el futuro,
debido al constante crecimiento económico de los países en desarrollo y desarrollados (Figura
7), si bien las poblaciones crecen y crecen, la falta de infraestructura para mitigar las carencias
en el abastecimiento de agua se hace más evidente. Debería pretenderse un desarrollo
sustentable para que la urbanizacióndel planeta tienda a una mejor calidad de vida de sus
habitantes en relación al abastecimiento del agua.

Figura 7. Desarrollo Urbano en el mundo13
Entonces los sistemas de captación de agua de lluvia y el desarrollo sustentable con respecto al
consumo de agua potable o de uso doméstico deben ir de la mano para alcanzar el bienestar de
la población, además, como lo mencionan (Adler, et al., 2008), se deben tener como objetivos
particulares:
• Lograr la aceptación y participación creciente de la población urbana, en la
implementación de sistemas individuales y colectivos de captación de agua de lluvia,
adaptados a sus necesidades y posibilidades. En esta categoría entran todos los
grupos; los que actualmente cuentan con red de agua potable y los que se surten por
otros medios del vital líquido.
• Convencer a los particulares y a las autoridades de que este sistema, no solo da
beneficios directos, palpables y demostrables, sino también indirectos, pensando en

13
Gráfico obtenido de las Estadísticas del Agua en México edición 2011. Comisión Nacional del Agua.
26

que con la liberación de los recursos que se logra en lo social, se puede promover y
beneficiar a los grupos que actualmente no cuentan con el servicio, apoyándolos en
la creación de estos sistemas de captación y tratamiento de agua de lluvia. Es decir,
que en parte el reto es buscar la equidad.
• Un reto de gran valor es el lograr la conciencia de la importancia y cuidado del agua,
sobre todo de esta que llega a la población directamente de las nubes y que tiene
una calidad excepcional. Entonces la implementación correcta de estos sistemas
podrá ser un ejemplo que pueda inducir a otros a aplicarlo.
• Superar el prejuicio de que este sistema es un gasto en tiempo y dinero, pues lo que
se tiene es una inversión en recursos más limpios y con la garantía de tener acceso al
recurso hídrico durante mucho más tiempo, e incluso entender que es una inversión
de corto plazo ya que esta se reflejará en un corto tiempo, en el ahorro de dinero al
disminuir considerablemente los pagos por consumo de agua.
1.5 Paraje San Juan
La unidad territorial Paraje San Juan de la Delegación Iztapalapa está delimitada por las avenidas
San Lorenzo, Puente Ramírez, Camino Viejo Real a San Francisco y El Rosal, y por las calles Priv.
Santa Cruz, Amapola, Azucena, José M. Anzorena, Clavelina y Gardenia representando un área
aproximada de 583,000 m2, cuenta con una población aproximada de 12,000 habitantes y ha
sufrido durante varios años un desabasto de agua debido a la escasez en las fuentes de donde
se distribuye, en especial el sistema Cutzamala. Cabe destacar que solo el 70% de las viviendas
en la unidad territorial cuentan con un sistema de suministro de agua, el otro 30% se abastece
de distintas maneras.
Parte importante saber que el territorio cuenta con 66 manzanas y 1,983 viviendas
independientes con techos de aproximadamente 150 m2 de superficie, susceptibles a ser
aprovechados por sistemas de captación de agua de lluvia y así tratar de mitigar los problemas
que se tienen en cuestión del recurso hídrico.
El agua siempre ha sido tema de discusión en la demarcación debido a que el líquido escasea
muy a menudo, es por eso que las autoridades del SACM le han condonado el pago de agua
durante varios años y cuando se cobra el servicio lo hacen a través de tarifas fijas, ya que no se
tiene un control adecuado del servicio.
1.6 Beneficios de los sistemas de captación de agua
La captación de agua de lluvia proporciona respuestas a largo plazo sobre el problema de la
escasez del agua. La captación de agua de lluvia ofrece una solución ideal en lugares donde

abunda la lluvia y se tiene un inadecuado suministro de agua potable o hay escasez del vital
líquido (UN-HABITAT, 2005b).
Los sistemas de captación de agua de lluvia son particularmente muy útiles en terrenos remotos
y difíciles de acceder, debido a que tiene la habilidad de operar de manera independiente. Todo
el proceso que se involucra es totalmente amigable con el medio ambiente (UN-HABITAT,
2005b).
Algunos Beneficios específicos de la captación de agua pluvial de acuerdo con (Adler, et al.,
2008) son:
 El agua de lluvia es gratis, la única inversión que hay que realizar es en la captación y el
tratamiento, pero su amortización se realiza en un corto tiempo.
 Con este método se paga anualmente mucho menos en cuentas de agua.
 La poca o nada de dureza del agua de lluvia ayuda a aumentar la escala en aplicaciones,
extendiendo su uso. El agua de lluvia elimina la necesidad de un suavizador de agua y las
sales que le añaden durante este proceso.
 El agua de lluvia está libre de sodio, importante para gente con una dieta baja en sodio.
 El agua de lluvia es superior para el riego de las plantas de los hogares.
 Los sistemas presentan un fácil mantenimiento.
 El agua de lluvia provee una fuente de agua cuando es temporada de estiajes y la
dotación se reduce fuertemente, o cuando hay escasez del agua subterránea.
 Captar agua de lluvia ahorra energía. El agua del sistema municipal centralizado tiene
que ser transportada por una extensa red de servicio antes de llegar a la casa y esto
requiere de una gran cantidad de energía (Engineer, 2007).
 También se reduce el flujo de agua que va hacia las alcantarillas lo que evita
inundaciones.
 La captación de agua pluvial ayuda a los servicios públicos a reducir la demanda de agua
en verano, donde muestra el pico máximo de demanda, y mitiga la aparición de más
plantas de tratamiento de agua (Brown, et al., 2005).
Con sistemas de captación de agua pluvial eficientes, en las áreas urbanas, la demanda de agua
y la escases podrían disminuir considerablemente, más en los meses donde se da en mayor
proporción la precipitación (de junio a septiembre en la Ciudad de México) usando todo tipo de
28

áreas para la captación o para el almacenamiento como techos, lotes de estacionamientos,
parques, escuelas, etc., esto con el fin de aprovechar al máximo el agua que cae y evitar su
desperdicio, ya que actualmente casi en su totalidad se va al drenaje y no se aprovecha y suele
provocar inundaciones.
Aprovechar el agua de esta manera contribuiría al aumento de los niveles freáticos al no
demandar el agua que habitualmente se necesitaría y también se contribuiría en el ahorro de
energía, ya que investigaciones de (UN-HABITAT, 2005a) demuestran que el aumento en un
metro del nivel de agua en el acuífero ahorra 0.4 KW-h de electricidad.
En varias ciudades alrededor del mundo (inclusive la Ciudad de México), la contaminación
ambiental es un problema latente y puede afectar la calidad del agua de lluvia y la hace
inadecuada para consumo humano, pero aún puede ser utilizada para usos domésticos donde
no se requiera de la potabilización del agua como en la descarga del inodoro, el lavado de ropa,
lavado del auto, jardinería, etc., y precisamente estos usos son los que demandan más agua.

II. CONSIDERACIONES TÉCNICAS SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN
DE AGUA PLUVIAL
Un sistema de recolección de agua de lluvia permite principalmente capturar, desviar y
almacenar el agua de lluvia para ser utilizada en diferentes propósitos como el riego de jardines,
beber, uso doméstico en general, la recarga de mantos acuíferos y reducción de flujo en el
alcantarillado a causa de las lluvias.
En una aplicación residencial o de pequeña escala, la captación de agua de lluvia puede ser tan
simple como tener un techo inclinado para que el agua escurra hacia un área definida por el
usuario, ya sea para regar sus plantas o desviarla de los pasillos. Sistemas de captación más
complejos incluyen canaletas, tuberías, tanques de almacenamiento o cisternas, filtros, bombas
y un sistema de tratamiento de aguas para usopotable (Brown, et al., 2005).
Independientemente de la complejidad del sistema de captación de agua de lluvia doméstico,
éste, según (Brown, et al., 2005), siempre comprende de seis componentes básicos (Figura 8):
 Superficie de captación: Por donde la lluvia escurre.
 Canaletas y bajantes: medio de transporte desde la superficie de captación al tanque.
 Rejillas y desviadores de la primera descarga: Componentes que eliminan la basura y
polvo del agua de lluvia captada antes de ser enviada al tanque de almacenamiento.
 Uno o varios tanques de almacenamiento o también cisternas.
 Sistema de distribución: Por medio de gravedad o bombeado para su uso final.
 Tratamiento: Para sistemas potables, filtros y otros mecanismos para hacer el agua
segura para el consumo humano de ser necesario.
30

Figura 8. Sistema de captación de agua en casa habitación (Brown, et al., 2005).
2.1 Superfficie de captación.
La superficie de captación Se refiere al área destinada a la recuperación del agua de lluvia y está
conformado en la mayoría de las veces por el techo de la edificación, mismo que debe tener la
superficie y pendientes adecuadas para que facilite el escurrimiento del agua hacia el sistema
de almacenamiento a través de una tubería (Basáñez, 2007). De no cumplir con lo necesario, la
superficie podría representarnos grandes pérdidas de agua captada.
Esta parte del sistema es la principal debido a que sin la superficie de captación simplemente no
se tendría la capacidad de dirigir el agua que cae sin orden aparente. Entonces de aquí parte el
sistema y es necesario conocer las dimensiones de la superficie así como la cantidad de agua
que se recuperará en un determinado tiempo.
El modelo matemático que representa la cantidad de agua ideal que se puede recuperar con un
sistema de captación de agua se ejemplifica con la ecuación ( 1 ):
̅( ) (
)

( 1 )

Donde:
Lci = agua de lluvia captada idealmente en m
3.
̅ = la precipitación promedio.
AEC = área efectiva de captación.
También se debe tomar en cuenta que la calidad y cantidad del agua es función del tipo de
material de la superficie de captación, condiciones climáticas y del medio ambiente. Entre más
lisa la superficie, mejor. El material más utilizado en los techos de la Ciudad de México es el
concreto (Figura 9), aunque también existen casas con techos de lámina, tejas de arcilla, entre
otros.

Figura 9. Techos de concreto con recubrimientos de impermeabilizante en Iztapalapa,
Ciudad de México
Entonces se debe considerar el material de la superficie para el diseño del sistema de captación
ya que, como se mencionó anteriormente, la cantidad de agua no va a ser la misma que se
capte sobre un material u otro, esto debido a diversos factores como la porosidad del material y
rugosidad. Puede haber pérdidas importantes de líquido por efecto de evaporación o absorción
en el material, por eso se recomienda recubrir la superficie de captación con medios aislantes.
32

Para efectos de considerar las pérdidas de líquido captado, se debe afectar el volumen de agua
captado por un factor de escurrimiento (Tabla 1) y se puede expresar con la siguiente ecuación:
̅14 ( 2 )
Donde:
LCR = agua de lluvia captada realmente.
Coeficiente de escurrimiento = relación que hay entre el agua que escurre de la superficie de
captación y el volumen de agua de lluvia que cae sobre la misma superficie.
Tabla 1. Coeficientes de escurrimiento de distintos materiales.15
Material del área de captación Coeficiente
Techos
Tejas 0.8-0.9
Metal 0.7-0.9
Recubrimiento del suelo
Concreto 0.6-0.8
Pavimento 0.5-0.6
Áreas de captación sin tratar
Suelo y pendientes menores al 10% 0.0.-0.3
Roca natural 0.2-0.5
Áreas verdes 0.05-0.1
Debido a que la superficie de captación es esencial en el sistema, se debe poner especial énfasis
en su mantenimiento y este consiste en la limpieza del área y un posible reacondicionamiento
de ser necesario cuando se averíe de alguna manera. Con esto se podrá prevenir que se infiltre
alguna sustancia no deseada al agua que se utilizara en los hogares.
2.2 Canaletas y bajantes/conductos
Las canaletas son elementos del sistema que ayudan a llevar en una dirección definida el agua
que se va escurriendo de la superficie de captación. Principalmente estos elementos se utilizan
cuando existe una pendiente bien definida en la superficie de captación y el agua escurre sobre
un lado por efecto de la gravedad.

14
Fuente de la ecuación: Arjun Bhattacharya & O´neil Rane; Harvesting Rainwater: Catch Water Where it Falls!,
Rooftop Rain Water Recharge, 2003, India.
15
Fuente: Pacey, Arnold and Cullis, Adrian 1989, Rainwater Harvesting: The collection of rainfall and runoff in rural
areas, Intermediate Technology Publications, London, pg. 55

Regularmente en la Ciudad de México y en este caso de estudio, en la colonia Paraje San Juan, la
gran mayoría de los techos de las casas no tienen una pendiente definida y por lo tanto el agua
de lluvia suele escurrir por diferentes lados de la superficie de captación, es por esto que no se
requiere de canaletas pero si de tuberías que desahoguen el flujo de líquido. Un ejemplo de
estos conductos se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Tuberías mediante las cuales se deshacen del agua de lluvia los techos de las casas en la
Ciudad de México. Su posicionamiento suele ser aleatorio debido a que no se tiene una inclinación para
dirigir el agua de lluvia.
La elección del material dependerá del poder adquisitivo de las familias que las instalen. Por lo
regular se instalan tubos de PVC debido a su bajo costo y porque solamente sirven para
deshacerse del agua de lluvia que se acumula en el techo.
Para el dimensionamiento de las tuberías del sistema de captación de agua de lluvia, se
requerirá conocer la cantidad de precipitación en la región y el tamaño de la superficie de
captación, ya que estos influirán en el caudal que tendrán que transportar los desagües.
Para conocer las dimensiones de la canaleta o, de una tubería receptora de los efluentes de los
desagües de agua de las azoteas, se requiere saber cuál será el caudal máximo de una tormenta
(Anaya, 2007), que da a conocer una secuencia de cálculo para obtenerlo y que se explica a
continuación:
1. Se calcula el tiempo de concentración (tc) mediante la ecuación de Kirpich:
(

) ( 3 )
Donde:
34

L = Longitud del tubo por donde se pretende dirigir el caudal.
S = Pendiente media.
0.000325 es un factor de conversión para obtener el tiempo en horas.
2. Se calcula tp que es el tiempo en que se alcanza el máximo escurrimiento en la cuenca o
área de captación, se estima mediante la expresión:
√ ( 4 )

3. El tiempo que tarda en drenar toda la superficie de captación se le conoce como tiempo
de concentración de caudal máximo (tb) y se obtiene de:
( 5 )
4. Ahora se puede obtener el gasto máximo esperado (Qp) debido a la precipitación y se
estima con la ecuación:

( 6 )
Donde: 0.278 es un factor de conversión a m3/s
5. Por último se obtiene el diámetro de la canaleta (φc) de la canaleta para poder conocer
el diámetro que se necesitara comprar.

√

( 7 )
Donde:
= velocidad del flujo en la canaleta en m/s.
Se toma en cuenta que en pendientes de 2-4% se considera una velocidad de 0.9m/s y
en inclinaciones de 4-6% de 1.2m/s.
Pero debido a que existe una pérdida por fricción en la tubería, se procede a calcular el
diámetro mínimo que se debe tener por medio de la secuencia de cálculo descrita por
(Valiente, 2006):

a) Se indica la velocidad en función del caudal y del diámetro.( 8 )

b) Se sustituye la velocidad en la ecuación de Darcy- Weisbach.

( 9 )

( 10 )
Donde:
= pérdida de carga y también puede considerarse como una diferencia de
presión y puede suponerse como el 10% de la longitud total de la tubería

.
= Factor de fricción.
c) Se efectúa el cálculo por aproximaciones sucesivas, suponiendo un valor de y
determinando .
d) Se determina el número Re y ε/D(16) para el diámetro obtenido.

( 11 )
Donde:
Re = Numero de Reynolds.
= densidad del líquido.
= viscosidad del líquido en kg/m*s.
ε/D = relación entre la rugosidad del material utilizado y el diámetro de la
tubería.
e) Se obtiene el valor de en función de Re y ε/D por medio del diagrama de
Moody17. Si coincide D, éste es el valor buscado y si no, se sigue el procedimiento
de tanteo suponiendo ahora como el resultado de la primera aproximación.

16
La rugosidad de distintos materiales puede consultarse en el Anexo I
17
Se puede consultar el diagrama en el anexo III.
36

También se puede obtener el diámetro de la tubería con las deducciones de Swamee &
Jain, 1976.
[ (

)

(

)

]

( 12 )
Donde:
= Rugosidad del material.
g = aceleración debido a la gravedad.
hL = pérdida por fricción.
Las pérdidas por fricción se obtienen por medio de la ecuación de Darcy – Weisbach ( 9 ).
En cuanto a Las bajantes, estas son tuberías o drenajes que conducen el agua desde el área de
captación o techos a todo el sistema de captación de agua de lluvia. Estos conductos pueden ser
de cualquier material como el cloruro de polivinilo (PVC), asbesto o hierro galvanizado, cobre,
etc. El diámetro se rige por la cantidad de agua que escurrirá por la canaleta y se calcula su
diámetro de la misma manera que la secuencia anterior.
2.3 Rejillas y desviadores de la primera descarga
Debido a que los techos de las casas son expuestos a la contaminación por diversas fuentes, es
necesario deshacerse de cualquier material de desecho que pueda disminuir la calidad del agua
que se va a captar o que pueda llegar a tapar algún conducto.

Figura 11. Rejillas de aluminio para filtrar material de desecho.

Por lo anterior, en el sistema de captación de agua de lluvia, es necesario contar con rejillas
(Figura 11) que ayuden a mitigar los desechos de tamaño considerable como: hojas, grava,
papel, plástico o cualquier residuo que se encuentre en la azotea y pueda afectar el sistema. La
localización que tengan éstas dependerá del tipo de área de captación en cuanto a si necesita
canaletas o tubería para conducir el agua hacia la bajante.
Si se requiere de canaletas para disponer del agua, las rejillas pueden ir a lo largo del canal y así
evitar cualquier infiltración y la limpieza resultaría más fácil o también puede ir justo arriba de la
bajante para que ahí se acumulen los desechos y puedan ser removidos en ese punto. Es muy
importante realizar una limpieza periódica de las canaletas y las rejillas para evitar
taponamientos e inundaciones.
Como se mencionó anteriormente, la gran mayoría de las azoteas de la colonia Paraje San Juan,
desahogan el agua por medio de conductos y se utilizaran tuberías para dirigir el líquido a la
bajante, entonces lo más conveniente, en estos casos, será colocar rejillas en cada conducto de
desagüe antes de dirigirse al canal que conduce a la bajante.
Ahora bien, el agua que traspasa las rejillas aún puede
seguir contaminada por partículas más finas que se
encuentran acumuladas en las azoteas debido a largos
plazos sin lluvia y por esto mismo es necesario desechar
el agua que arrastra estos contaminantes; por decirlo de
otra manera, las azoteas se lavan con las primeras lluvias
o una parte del agua que cae sobre la superficie de
captación. El desecho de los primeros escurrimientos de
agua nos ayudará a tener una mejor calidad de agua
captada.
El desecho de los primeros escurrimientos se va a dar por
medio de un dispositivo desviador de la primera
descarga y la cantidad que se debe desechar está en
función del área de captación, según (Brown, et al.,
2005), por cada 90m2 de superficie de captación se
deben desechar de 50 a 200L de agua de lluvia para
eliminar los agentes contaminantes.
El dispositivo que desvía la primera carga de lluvia, puede
ser tan sencillo como colocar un tubo que desvía el flujo
Figura 12. Dispositivo desviador de la
primera descarga.
38

que proviene de la bajante como se muestra en la Figura 1218. Por un lado va hacia la cisterna o
al primer filtro y por el otro se lleva al desagüe, claro que debe haber una válvula de por medio
para permitir el flujo o no permitirlo en caso de que se considere que ya se lavó suficientemente
la superficie de captación y entonces ya puede ser almacenada el agua.
El diámetro de la tubería será el mismo que el de la bajante puesto a que llevaran el mismo
caudal de agua y la salida a la cisterna debe estar cerrada para que no fluya el agua
contaminada al sistema de almacenamiento.
2.4 Sistema de almacenamiento
Un sistema de almacenamiento ayudará a almacenar el agua de lluvia que escurre por las
azoteas, la cual será conducida por medio de canaletas y la bajante. El sistema se compone de
un sedimentador y una cisterna o tanque de almacenamiento; la elección entre el
tanque/cisterna como almacenamiento dependerá de la función del volumen de agua que se
almacenará, así como la ubicación que tendrá e inclusive el uso que se le dará al agua de lluvia
ya procesada.
Este sistema puede construirse como parte de una edificación en el subsuelo o junto a la
vivienda que lo necesita, dependiendo de las necesidades y espacio que se tenga para su
construcción o instalación. Los materiales con que se deben hacer deben ser inertes y fáciles de
limpiar cuando se requiera de mantenimiento. Los materiales de construcción más comunes
para los sistemas de almacenamiento son el concreto reforzado, fibra de vidrio, polietileno,
acero inoxidable y ferrocemento, aunque pueden hacerse de muchos más materiales.
2.4.1 Sedimentador
La importancia del sedimentador en un sistema de captación de agua de lluvia radica en que
siempre habrá polvo en los techos de las casas, no solo en la temporada donde no llueve sino
cuando transcurra poco tiempo desde la última precipitación. El sedimentador es un dispositivo
que ayuda a disminuir en gran medida la cantidad de partículas sólidas que se encuentran en el
agua provenientes del techo, tales como polvo y piedrecillas; se coloca justo al lado del tanque o
cisterna de almacenamiento.
El dispositivo funciona por simple gravedad. Las partículas de polvo o residuos sólidos suelen ser
más densos que el agua, por lo que al hacer pasar el agua por un sedimentador, se deja que las
partículas sigan su cauce hasta la base del dispositivo y el agua salga por la parte superior más
limpia de lo que ingreso; tal como se muestra en la Figura 12.

18
Diagrama de: (Brown, et al., 2005)

Figura 13. Sedimentador para sistema de captación de agua de lluvia.
El dispositivo debe ser drenado y limpiado periódicamente para evitar que las partículas pasen a
la cisterna por exceso de acumulación.
Para obtener el tamaño del sedimentador, se deben tomar en cuenta el gasto volumétrico que
le será alimentado y basta con proponer un tamaño comercial y efectuar cálculos como los
tiempos de retención y llenado del sedimentador.
Así si se supusiera un volumen del sedimentador (Vs) y se conoce el gasto volumétrico, el
tiempo de llenado del sedimentador sería:

( 13 )
El vaciado del sedimentadorse dará a la misma razón con que se alimenta y así se evitaran
inundaciones y turbulencias para que la sedimentación se lleve correctamente.
2.4.2 Cisternas
Las cisternas son el equipo necesario para almacenar el agua captada de la lluvia, la cual debe
ser lo suficientemente grande para contener el volumen de agua que necesite cada familia con
respecto a los miembros que la compone, contando la temporada de sequía.
40

Con respecto a lo anterior, en el estudio de Adler, Carmona & Bojalil (2008) se menciona que en
la Ciudad de México se requieren 200L por persona al día; en estos se incluye la cantidad de
agua que se requiere para consumo humano: aproximadamente 8L por persona, considerando
el agua que se bebe y la que se utiliza para preparar alimentos.
La forma de las cisternas varía conforme a su capacidad y al material de construcción. La más
común es la rectangular pero también se construyen cisternas cubicas y cilíndricas. Las cisternas
pueden instalarse tanto en la superficie como por debajo del suelo. Una consideración muy
importante a la que hace mención el gobierno de la Ciudad de México en su Reglamento de
construcción (GDF, 1993, en el artículo 150): “las cisternas deberán ser completamente
impermeables, tener registros con cierre hermético y sanitario y ubicarse a tres metros, cuando
menos, de cualquier tubería permeable de aguas negras”.
Por su parte, el estudio de la (CEPIS, 2004) hace referencia de las especificaciones que deben
tener las cisternas para su uso óptimo:
 Deben ser Impermeables para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración.
 De no más de 2m de altura para minimizar las sobrepresiones.
 Con tapa para impedir el ingreso de polvo, insectos y luz solar.
 Disponer de una escotilla con tapa sanitaria lo suficientemente grande como para que
permita el ingreso de una persona para que realice limpieza o reparaciones necesarias.
 La entrada y el rebose deben contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y
animales.
 Dotado con dispositivos para el retiro de agua y el drenaje.
El material de construcción de las cisternas estará condicionado en función del uso que
se le dará al agua y al poder adquisitivo de quien requiera la instalación de una. Los dos
materiales de construcción más utilizados en la Ciudad de México son el concreto reforzado y el
polietileno.
2.4.2.1. Concreto reforzado
Las cisternas de concreto reforzado pueden ser construidas encima del suelo o por debajo de
éste; además se pueden diseñar de cualquier capacidad y especificación. Deben llevar de 10 a
12 cm de espesor por seguridad; pueden ser construidas por constructoras o por albañiles,
según sea la envergadura de la obra.
Debido a la porosidad del concreto y la posibilidad de una filtración o una fractura
imperceptible, no se recomienda utilizar el agua contenida en estas cisternas para consumo
humano si se extrae directamente, aunque, por lo general, son muy confiables si lleva una

buena construcción. Por lo regular las cisternas de concreto suelen durar generaciones, lo que
es una ventaja contra cualquier otro tipo de cisterna.
2.4.2.2 Polietileno
Cisternas de este material no son muy comunes por su elevado costo, sin embargo son muy
efectivas para el almacenamiento de agua potable; de hecho, las purificadoras de agua para
consumo humano en todo el país, las prefieren por su excelente durabilidad y sistemas que
evitan la proliferación de microorganismos. Otra ventaja de este tipo de cisternas es que son
menos propensas a fisurarse si se colocan por debajo del suelo; además son impermeables,
aunque para que esto sea posible, debe llevarse a cabo una instalación de manera correcta para
propiciar un mayor tiempo de vida. La desventaja de estas cisternas es que son de tamaño
comercial y las medidas son estandarizadas, por lo que se debe tomar en cuenta para el diseño
de cualquier sistema para el almacenamiento de agua.
En México la marca Rotoplas comercializa este tipo de cisternas con gran participación en el
mercado. En cuanto a cisternas y tinacos prefabricados se ofrecen productos asegurados hasta
por 5 años, lo que es competencia en contra de las cisternas de concreto, de ahí la desventaja
de éstas.
2.4.2.3 Dimensionamiento
Para tener un dimensionamiento óptimo de la cisterna, se debe seguir un sencillo
procedimiento y se deben conocer varios parámetros antes de realizar cualquier cálculo.
En primera instancia, debe conocerse la superficie efectiva de captación de agua, el numero de
habitantes o viviendas que se beneficiaran con el agua, la demanda por individuo o por vivienda
del agua potable y el periodo mínimo en que se pretende almacenar el líquido mientras no se
utiliza.
En seguida se insertan a una tabla los valores de las precipitaciones medias mensuales de la
región; junto a esta se calcula el potencial de captación de agua de lluvia mensual y el captado
aproximado por día. Se calcula el volumen de líquido demandado por día y se calcula la
diferencia entre el líquido captado y el demandado para conocer el déficit o exceso de agua y
los valores se insertan en otra columna. Por último se inserta una columna con la diferencia
entre el volumen de líquido captado mensualmente y el demandado mensual. La Tabla 2
ejemplifica lo anterior.
Datos previos:
Área efectiva de captación (AEC); Coeficiente de escurrimiento ( Tabla 1); Volumen de agua
requerida por mes (VDM); Volumen de agua diario requerido (VDR) y periodo de almacenamiento
mínimo (Tmin).
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Tabla 2. Calculo de la cantidad de agua captada debido al área de captación
MES Precipitación
media (mm)
Vol. Liquido
captado al mes
VLM (m
3)
Vol. Liquido
captado al dia VLD
(m3)
Diferencia
VLD-VDR
(m3)
Diferencia
VLM-VDM
(m3)
ENERO X X X X X
FEBRERO X X X X X
MARZO X X X X X
ABRIL X X X X X
MAYO X X X X X
JUNIO X X X X X
JULIO X X X X X
AGOSTO X X X X X
SEPTIEMBRE X X X X X
OCTUBRE X X X X X
NOVIEMBRE X X X X X
DICIEMBRE X X x X X

Después de realizada la tabla, se localizarán los valores negativos de la última columna y se
suman; el valor absoluto de la adición, es el déficit de agua acumulado durante la temporada de
sequía y por ende es el valor del volumen de agua que debe ser almacenado para que el
suministro sea constante.
En cuanto a las dimensiones, primero se debe elegir la forma que tendrá la cisterna y se
adecuarán las medidas conforme al terreno donde se construirá, si es que se construye de
concreto. Si se quiere utilizar una cisterna de polietileno, hay que recordar que éstas se
comercializan de tamaño estándar y el volumen obtenido se adecuará a sus dimensiones
prefabricadas en el mercado.
2.5 Contaminantes del agua de lluvia
El tratamiento del agua de lluvia es una parte crucial en el sistema de captación y depende del
uso que se le requiera dar; pero en cualquier caso, el tratamiento debe ser el necesario para
que el agua tratada no ponga en peligro una vida humana, si ésta se pone en contacto con ella.
El agua de lluvia en sí es el elemento primario del ciclo hidrológico, por tanto es agua que, en
teoría, está completamente limpia pues es la que recarga los mantos acuíferos y los ríos de
donde se extrae el agua.
En la Ciudad de México, al ser una de las metrópolis más grandes del mundo, existe
contaminación ambiental que puede afectar la calidad de agua de lluvia. Afortunadamente se

han implementado medidas contra la contaminación ambiental que han ayudado a reducir las
emisiones de contaminantes, y por ende, la calidad del aire en la ciudad.
El Sistema de Monitoreo Atmosférico (SIMAT) de la Ciudad de México muestra una serie de
parámetros donde se indica la calidad de aire a lo largo de los años. Los parámetros que toman
en cuenta para medir la calidad del aire son las concentraciones de Ozono, Óxidos de Nitrógeno,
Dióxido de Nitrógeno,