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COSECHA DE LLUVIA EN LA AMAZONIA GUIA PARA EL USO DIVERSIFICADO Tarapoto, 2020 COSECHA DE LLUVIA EN LA AMAZONIA: GUÍA PARA EL USO DIVERSIFICADO Julio 2020. Autores • Milton F. Ubeda Olivas. • Cesar Guerra Saldaña. • Mauro Tambella. • Rafael Hernán Inocente Julca. • Emilio Yap Chuquipiondo. • Hitler Panduro Salas. • Viorica Panduro Garcia. • Daniel Vecco G. Copyright © Urku Estudios Amazónicos Jr. Saposoa No 181-Tarapoto, Perú. Correo electrónico: info@estudiosamazonicos.com Página web: www.estudiosamazonicos.com www.centrourku.com Hecho depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú, N° 2020-03966. Revisión C. Daniel Vecco G. Diagramación e ilustración Milton F. Ubeda Olivas. Fotografía Cesar Guerra Saldaña Milton F. Ubeda Olivas. Otras colaboraciones Esta publicación ha sido posible gracias al apoyo del PROGRAMA NACIONAL DE INNOVACIÓN EN PESCA Y ACUICULTURA (PNIPA). Se autoriza la reproducción parcial de esta publicación consignando la fuente de donde fue obtenida y las referencias originales aludidas en los casos que corresponda. Portada: Funcionamiento de canaletas recolectoras metalicas del sistema de captación de agua de lluvia del Centro Urku en la zona de amortiguamiento del Área de Conservación Regional “Cordillera Escalera”. Ficha bibliográfica Ubeda, M; Guerra, C; Tambella, M; Inocente, R; Yap, E; Panduro, H; Panduro, V; Vecco, D.(2020). Cosecha de lluvia en la amazonia: Guía para el uso diversificado. Tarapoto, Perú: Estudios Amazónicos. ÍNDICE INTRODUCCIÓN Agua de lluvia para la acuicultura y usos agrícol as...................................................................................................................................1 I. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD II. MÓDULO DE CAPTACIÓN III. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO IV. MÓDULO DE DISTRIBUCIÓN 1.1. Conocimientos básicos para decidir la instalación de un módulo de agua de lluvia..........2 1.2. Ventajas y desventajas del agua de lluvia.............................................................................2 1.3. Análisis de la pluviosidad.......................................................................................................3 1.4. Cálculo del potencial de captación.......................................................................................3 1.5. Cálculo de la tasa de consumo..............................................................................................4 1.6. Estimación de la capacidad de almacenamiento.................................................................4 1.7. Criterios de factibilidad..........................................................................................................7 2.1. Superficies de captación del tipo “cubierta”......................................................................8 2.2. Canaletas recolectoras.........................................................................................................14 2.3. Mecanismos de tamizado y decantación.............................................................................16 2.4. Redes de conducción............................................................................................................16 2.5. Estructuras de soporte .........................................................................................................17 3.1. Tipos de reservorios y cisternas ..........................................................................................18 3.2 Cisterna de concreto armado ..............................................................................................19 4.1. Distribución por gravedad.....................................................................................................25 4.2. Distribución por bombeo......................................................................................................25 4.3. Filtros y otros diseños para mejorar la calidad del suministro............................................27 V. MONITOREO Y EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA LOS SISTEMAS 5.1. Eficiencia de la captación......................................................................................................28 5.2. Registro del consumo y de las existencias...........................................................................28 5.3 Descripciones de variables y métodos de registro de parámetros de aguas.....................29 5.3. Indicadores de calidad del agua según usos........................................................................31 INTRODUCCIÓN Agua de lluvia para la acuicultura y usos agrícolas La lluvia podría bien llamarse Madre de la Amazonia. Ha sido el fundamento de la vida muchísimo antes de que la viéramos como un recurso. Algo tan natural y esperado en la vida de los pueblos que parece muchas veces imperceptible como medio de producción, salvo para los sacrificados agricultores de secano. El Perú sufre una crisis hídrica que, muchas voces lo alertan, se agravará con el deterioro de los ecosistemas y el progreso del cambio climático. La Amazonia no es la excepción y cada vez resulta más cuerdo hablar de la conservación de los acuíferos en su vasta extensión. A pesar de ello, el modo de producción actual continúa secando los ríos y lagunas de manera frenética, para abastecer a las ciudades y satisfacer las nuevas necesidades económicas. El agua ha dejado de considerarse hoy un proceso ecológico para convertirse en un “servicio ecosistémico” desde el punto de vista del mercado de consumo. Bajo un enfoque alternativo, Estudios Amazónicos propuso en el marco de la convocatoria del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA) el proyecto Primer acuario ecológico del Perú: validación de una propuesta tecnológica ecoeficiente para el aprovechamiento del agua y la energía en Tarapoto, San Martín. En su primer componente, esta iniciativa resuelve algunas interrogantes y sistematiza 15 años las experiencias del Centro Urku en Tarapoto, en la gestión el agua de lluvia con fines de recuperación de la diversidad biológica, agroforestales, pecuarios y acuícolas. La presente publicación resume esa experiencia y la vuelca en una secuencia de acciones o consideraciones que, a modo de guía, transmite lo esencial para quienes estén interesados en aprovechar el agua de lluvia en la Amazonia. Tarapoto, junio 5 de 2020. Daniel Vecco G Director Ejecutivo Estudios Amazónicos 1 I. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ¿Estas interesado en aprovechar el agua de lluvia con fines productivos o de subsistencia? Dado que esta decisión implica una inversión de esfuerzo y dinero es preciso conocer con precisión cuáles son nuestros requerimientos de agua de lluvia y cuáles las posibilidades de suplirlos; así como las ventajas y desventajas que implica su utilización. Nuestros requerimientos dependen de la cantidad del agua por consumir y de la calidad mínima necesaria para los fines que proyectamos. La actividad por desempeñar determinará la cantidad de agua que necesitaremos: así la acuicultura podría requerir un mayor volumen que las actividades agrícolas (riego tecnificado) y el consumo humano directo. Asimismo, la calidad del agua es menos relevante si la utilizamos con fines agrícolas, pero se hace fundamental si pensamos en acuicultura y mucho más si el agua se destina al consumo humano directo. La naturaleza o características de los medios que disponemos determinará el volumen de captación y la calidad del agua que tendremos a disposición. La superficie de captación y los niveles de precipitación pluvial en una determinada zona determinarán por ejemplo, el volumen máximo probable de acopio cada año. El material que conforma la superficie de captación a su vez puede interactuar con el agua de lluvia y otros depósitos como hojas o sedimentos para modificar las características iniciales del agua de lluvia: pH, conductividad eléctrica, contenidos de nitritos, nitratos y carbonatos, color, turbidez y niveles decontaminación microbiológica. Nuestra capacidad para aprovechar el agua de lluvia dependerá de la interacción de tres factores: • La capacidad de captación (Ct) asociada con el área de captación así como con la intensidad y frecuencia de las lluvias. • La capacidad de almacenamiento (A). • La tasa de consumo: cantidad y frecuencia (Ut). Los fines que perseguimos al captar, almacenar y utilizar el agua de lluvia determinarán el tamaño y materiales constitución de las instalaciones que necesitaremos. Ello implicará una mayor o menor inversión de mano de obra y presupuesto, por lo 1.1 CONOCIMIENTOS BÁSICOS PARA DECIDIR LA INSTALACIÓN DE UN MÓDULO DE AGUA DE LLUVIA 1.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL AGUA DE LLUVIA que es importante también considerar el valor de retorno del bien, servicio o producto que justifica el aprovechamiento del agua de lluvia sobre otras fuentes o posibilidades. Ventajas: • El agua de lluvia es gratuita, natural y no tiene regulaciones. • Por lo general es limpia y libre de impurezas lo que puede ser destinada a todas las actividades domésticas, incluso a aquellas que no precisan su potabilización. • Su aprovechamiento requiere de una infraestructura sin mayor complejidad. Sus componentes como la captación, almacenamiento, y distribución pueden ser implementados de manera sencilla. • Su aprovechamiento no genera impactos ambientales. • Permite prescindir de las reservas de agua tratada en las ciudades, alargando su disponibilidad y con ello, ahorrando en el consumo a favor de quienes más la necesitan. • Se evita la sobreexplotación de las fuentes hídricas, permitiendo mantener una reserva para el futuro. • El agua lluvia es por lo general, una fuente pura en contraste con otras fuentes de agua dulce disponibles. Los parámetros de calidad del agua lluvia son cercanos a los establecidos para aguas aptas para el consumo humano. • Implica sistemas independientes y, por lo tanto, ideales para comunidades dispersas o alejadas. • No contiene aditivos químicos usados en la purificación, lo que la hace una opción idónea para acuicultura. Desventajas del agua de lluvia • La cantidad de agua captada depende de la precipitación pluvial del lugar y del área de captación. En circunstancias de sequía, el sistema puede ser ineficiente. • Presenta un costo alto de implementación inicial que limita la accesibilidad a este recurso. 2 • Los módulos del sistema requieren de mucho mantenimiento para alcanzar estándares de calidad apropiados. • Su pureza depende de los niveles de contaminación del aire. En lugares agrícolas con uso intensivo de plaguicidas se ha llegado a encontrar trazas de glifosato y otras sustancias tóxicas en el agua de lluvia. 1.3 ANÁLISIS DE LA PLUVIOSIDAD 1.4 CÁLCULO DEL POTENCIAL DE CAPTACIÓN La pluviosidad (Pt) es la medida de la cantidad de agua de lluvia que se produce cada año en un determinado ecosistema. La precipitación pluvial o simplemente lluvia se mide en milímetros por unidad de tiempo t: mm/mes o mm/año, por ejemplo; donde un milímetro es la altura de la lámina de agua por unidad de superficie. La expresión de estos valores por unidad de superficie m2 es el siguiente: Las estimaciones de pluviosidad se hacen a través de la revisión de bases de datos históricos disponibles en internet u otras fuentes, ya sean bibliográficas o de estaciones climáticas públicas (a cargo del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología -Senahmi) o de uso privado. 1 mm = 1 mm . 1 m2 = 1 mm . (1 000 mm)2 = 106 mm3 Luego: 1 mm3 = 1 ml = 10-3 l Entonces: 106 mm3 = 106 . 10-3 l = 103 l; así, cada mm de lluvia equivale a 1 000 litros de agua por metro cuadrado. Otra equivalencia: 1 000 l = 1 m3 El cálculo del área (S) de una cubierta de captación se hace mediante la fórmula básica del rectángulo: S = L. A; donde L es largo y A el ancho. La unidad de medida es el metro cuadro (1 m2). El potencial de captación (Ct) es la cantidad máxima que puede obtenerse a partir de la superficie de una determinada instalación en un periodo de tiempo. Ct es expresado en litros o metros cúbicos (m3); se calcula a partir del dato de pluviosidad (Pt) y superficie de captación (S), de la siguiente manera: Entonces: Ct = Pt . S Para el análisis de las tasas de captación con fines de aprovechamiento se debe considerar la unidad de tiempo de referencia t; normalmente un trimestre, un mes o 15 días, según la frecuencia o probabilidad de lluvias en un determinado lugar. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD Fotografía 1.1. Módulo de captación de agua de lluvia del Centro Urku en la ciudad de Tarapoto, Perú. Momento en que se hace muestreo para el monitoreo de parámetros biológicos y físico-químicos. 3 1.5 CÁLCULO DE LA TASA DE CONSUMO 1.6 ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO La tasa de usos o consumo (Ut) puede obtenerse a partir de datos reales, de preferencia históricos, sobre el volumen utilizado en una determinada unidad productiva o habitacional para un determinado periodo de tiempo t. Para ello deben considerarse las posibles variaciones del consumo a futuro y los hábitos de utilización de las personas u operarios encargados de su gestión. Los estándares de consumo muchas veces difieren del uso real que las personas realizan del agua en todo el mundo y también se relacionan con la edad, estado de salud, el sexo, la intensidad de la física o metabólica y ciertas condiciones ambientales como la temperatura, por ejemplo. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), los rangos de necesidades de consumo humano para el agua, sin contar con la calidad, serían los siguientes: Las necesidades de agua de riego para la agricultura dependen de la intensidad y frecuencias de las lluvias, de la superficie, la tecnología, el suelo, el clima y las características o requerimientos específicos de los cultivos. Similarmente en la acuicultura, el componente tecnológico tiene una gran participación para reducir los volúmenes y la frecuencia de recambio de agua de lluvia. Consumo humano total: 50 – 100 l /persona/ día (intermedio – óptimo). Bebida y preparación de alimentos: 1 – 5,5 l /persona/ día. Una vez determinadas la capacidad de captación (Ct) y las tasas de consumo (Ut) de una unidad habitacional o productiva es preciso establecer la capacidad de almacenamiento (A), determinada por el tamaño de los reservorios. Para garantizar la provisión ininterrumpida de agua de lluvia para un periodo adecuado de análisis es preciso que se cumpla la siguiente condición inicial: A ≥ C – Ut ¡Es importante que el análisis temporal sea adecuado y que no encubra periodos de escasez! A continuación se muestra un caso hipotético de un mini - acuario que consideró inicialmente para el análisis los siguientes valores mensuales: Cmensual = 10 108 l y Umensual ≈ 8 000 l. El análisis basado en esta información sugirió instalar un reservorio de 2 100 litros. Luego de una inversión moderada de capital, el sistema entró en operaciones a inicios de enero del año pasado. Para la estimación de Cmensual se consideró una superficie de captación de 100 m2 y el promedio de 101,08 mm de precipitación pluvial. Para infortunio de los dueños, el mini – acuario tuvo problemas de suministro de agua de lluvia, principalmente a finales de julio y durante todo el mes de agosto. La tasa media de consumo (7 858 l) fue menor a la esperada (8 000 l) y el informe del clima informó un año ligeramente más lluvioso, pero el sistema no ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD Fotografía 1.2. Uso de agua de lluvia en la agricultura. La utilización del agua de lluvia para el cultivo de hortalizas representa una alternativa ecológica. 4 fue capaz de garantizar un adecuado suministro. ¿Qué sucedió? Un análisis mensual del comportamiento del sistema nos ayudó a comprender mejor el problema. En la figura 1.1 se observa que las lluvias (línea punteada celeste) contribuyeron al suministro de formavariable cada mes con respecto a otro. Mientras el balance hídrico fue positivo, es decir Ct ≥ Ut, una cantidad variable de agua pudo almacenarse y eventualmente colmar el reservorio de 2 100 l Figura 1.1. Comportamiento de un modelo hipotético de captación – almacenamiento – consumo basado en datos reales de precipitación pluvial en Tarapoto. (barras amarillas). Pero la disminución estacional de la pluviosidad determinó la reducción de las existencias, las cuales no lograron ser repuestas totalmente a finales de julio y durante todo el mes de agosto. Para evitar estas complicaciones, se propone un método basado en una Hoja de Cálculo para estimar la dinámica de almacenamiento bajo una determinada capacidad (A). N° A B C D E F 1 Pt Mes mm Ct 100m2 A 2110 l Total disponible Ut 8000 l Balance mensual l2 3 104.40 10440 2110 10440 8000 2440 4 111.40 11140 2110 13250 8000 5250 5 153.30 15330 2110 17440 8000 9440 6 135.00 13500 2110 15610 8000 7610 7 106.60 10660 2110 12770 8000 4770 8 73.00 7300 1410 9410 8000 1410 9 57.20 5720 0 7130 8000 -870 10 68.50 6850 0 6850 8000 -1150 11 86.10 8610 610 8610 8000 610 12 124.60 12460 2110 13070 8000 5070 13 102.30 10230 2110 12340 8000 4340 14 90.60 9060 2110 11170 8000 3170 Tabla 1.1. Relación de variables que determinan los niveles mensuales de almacenamiento de agua de lluvia del modelo hipotético presentado en la figura 1, para un reservorio (A) de 2 110 litros. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD 5 N° A B C D F E 1 Pt Mes mm Ct = Pt (mm)* S (m2) A (l) Total disponible (l) Ut (l) Balance mensual l 2 100 2110 8000 3 104.4 =A3*$B$2 =SI(((B3-$E$2)<0);0;SI((B3-$E$2)>$C$2;$C$2;(B3-$E$2))) =B3 =$E$2 D3-E3 4 111.4 A4*$B$2 =SI(((C3+B4-$E$2)<0);0;SI((C3+B4-$E$2)>$C$2;$C$2;(C3+B4-$E$2))) =C3+B4 =$E$2 =D4-E4 5 153.3 =A5*$B$2 =SI(((C4+B5-$E$2)<0);0;SI((C4+B5-$E$2)>$C$2;$C$2;(C4+B5-$E$2))) =C4+B5 =$E$2 =D5-E5 =9440 6 135.0 =A6*$B$2 =SI(((C5+B6-$E$2)<0);0;SI((C5+B6-$E$2)>$C$2;$C$2;(C5+B6-$E$2))) =C5+B6 =$E$2 =D6-E6 7 106.6 =A7*$B$2 =SI(((C6+B7-$E$2)<0);0;SI((C6+B7-$E$2)>$C$2;$C$2;(C6+B7-$E$2))) =C6+B7 =$E$2 =D7-E7 8 73.0 =A8*$B$2 =SI(((C7+B8-$E$2)<0);0;SI((C7+B8-$E$2)>$C$2;$C$2;(C7+B8-$E$2))) =C7+B8 =$E$2 =D8-E8 9 57.2 =A9*$B$2 =SI(((C8+B9-$E$2)<0);0;SI((C8+B9-$E$2)>$C$2;$C$2;(C8+B9-$E$2))) =C8+B9 =$E$2 =D9-E9 10 68.5 =A10*$B$2 =SI(((C10+B11-$E$2)<0);0;SI((C10+B11-$E$2)>$C$2;$C$2;(C10+B11-$E$2))) =C9+B10 =$E$2 =D10-E10 11 86.1 =A11*$B$2 =SI(((C10+B11-$E$2)<0);0;SI((C10+B11-$E$2)>$C$2;$C$2;(C10+B11-$E$2))) =C10+B11 =$E$2 =D11-E11 12 124.6 =A12*$B$2 =SI(((C11+B12-$E$2)<0);0;SI((C11+B12-$E$2)>$C$2;$C$2;(C11+B12-$E$2))) =C11+B12 =$E$2 =D12-E12 13 102.3 =A13*$B$2 =SI(((C12+B13-$E$2)<0);0;SI((C12+B13-$E$2)>$C$2;$C$2;(C12+B13-$E$2))) =C12+B13 =$E$2 =D13-E13 14 90.6 =A14*$B$2 =SI(((C13+B14-$E$2)<0);0;SI((C13+B14-$E$2)>$C$2;$C$2;(C13+B14-$E$2))) =C13+B14 =$E$2 =D14-E14 La columna F de la tabla 1.2 muestra el superávit o déficit de agua de lluvia para una determinada capacidad elegida de almacenamiento (A) en relación con valores variables Cp y fijos esperados Ut. Finalmente, para el ejemplo descrito se propuso como solución adquirir un tanque de 5 000 litros. Tabla 1.2. Funciones involucradas en la estimación de las variables mensuales para ajustar la capacidad óptima de almacenamiento de agua de lluvia (A) a partir de datos de pluviosidad (Pt), superficie de captación y tasa de consumo (Ut). Figura 1.2. Comportamiento del mismo modelo mostrado en la figura 1.1, luego de un adecuado cálculo de la capacidad de almacenamiento (A = 5 000 litros). ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD 6 N° A B C D E F 1 Pt Mes mm Ct 100m2 A 5000 l Total disponible Ut 8000 l Balance mensual l2 3 104.40 10440 2440 10440 8000 2440 4 111.40 11140 5000 13580 8000 5580 5 153.30 15330 5000 20330 8000 12330 6 135.00 13500 5000 18500 8000 10500 7 106.60 10660 5000 15660 8000 7660 8 73.00 7300 4300 12300 8000 4300 9 57.20 5720 2020 10020 8000 2020 10 68.50 6850 870 8870 8000 870 11 86.10 8610 1480 9480 8000 1480 12 124.60 12460 5000 13940 8000 5940 13 102.30 10230 5000 15230 8000 7230 14 90.60 9060 5000 14060 8000 6060 Siempre los cálculos y proyecciones deben considerar los niveles de incertidumbre relacionados con el clima, los cambios futuros en las necesidades de consumo y los fallos probables en la eficacia de funcionamiento de los módulos de captación, conducción y almacenamiento. “Es preferible pecar por exceso que por defecto”. Tabla 1.3. Relación de variables en el escenario solución descrito en la figura 2, cuando se opta por un reservorio (A) de 5 000 litros. 1.7 CRITERIOS DE FACTIBILIDAD La función de costos está muy relacionada con las necesidades que tenemos de agua de lluvia en calidad y cantidad, así como de la disponibilidad de recursos materiales, financieros y fuerza de trabajo. La inversión por realizar en sistemas de aprovechamiento del agua de lluvia debe considerar una justificación en el margen de retorno que implica dicho aprovechamiento: en la recuperación ambiental, el mejoramiento de las capacidades productivas, la seguridad alimentaria y mayores ingresos económicos. Asimismo, no se deben soslayar los aspectos legales relacionados con el uso del agua no potabilizada. Debe prestarse particular atención a las medidas de control de vectores de enfermedades metaxénicas (dengue, fiebre amarilla y otras) transmitidas por mosquitos que se reproducen en el agua de lluvia. Por otra parte, es muy importante considerar que la cercanía de los sistemas de captación a las zonas urbanas y agrícolas incrementan los riesgos de contaminación del agua de lluvia con trazas de plaguicidas utilizados normalmente en la salud pública o la agricultura. Por ello, es preciso planificar adecuadamente la ubicación de los sistemas, considerando las regulaciones locales, la organización social de la vecindad y los aspectos climáticos como la velocidad y dirección de los vientos. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD Fotografía 1.3. Fuentes de agua natural de la quebrada Shilcayo. Fotografía 1.4. Fuentes de agua natural y la contaminación en zonas simi-urbanas. 7 II. MÓDULO DE CAPTACIÓN La función del módulo de captación es recolectar el agua de las lluvias por medio de una superficie que principalmente puede ser el techo de una instalación o domicilio (cubiertas), lozas de concreto, sistemas de drenaje o cualquier otra instalación. A mayor superficie de captación, mayor será el volumen recolectado de agua. La cubierta o material de esta superficie determinará tanto la calidad como la cantidad de agua recolectada. A partir de las estimaciones previas de pluviosidad y superficies de captación se planifican las condiciones del módulo, mantenimiento, modificaciones y ajustes del sistema. Los fenómenos asociados a la pluviosidad son poco predecibles, por tanto, se debe optimizar el buen funcionamiento de los sistemas. 2.1 SUPERFICIES DE CAPTACIÓN DEL TIPO “CUBIERTA” Los techos pueden ser clasificados según el material del cual están fabricados: techos de calamina plástica recubierta de policarbonato, techos metálicos con revestimiento de cinc, techos de hojas de palma, techos verdes y tejados, entre otros. Estas diversas condiciones pueden modificar las características físicas y químicas originales del agua de lluvia. Cuando se deba elegir el tipo de techo para el área de captación se debe considerar algunos aspectos planteados a continuación. Lámina de plástico recubierta de policarbonato: por sus características ofrece algunas ventajas sobre otras opciones para la captación del agua de lluvia. Por lo general, son más eficientes que los techos de madera u hoja de palma, en cantidad y calidad del agua recolectada. Mantenimiento: El mantenimiento del techo de policarbonato es sencillo y realizado con menor frecuencia. Es un techo de alta durabilidad. Problemas: Presencia de impurezas y algas en los canales. En caso de fracturas se debe colocar un pedazo del mismo material adherida con pegamentoo silicona. Es probable que micropartículas del techo puedan contaminar el agua, por lo que no se recomienda su utilización con fines de potabilización para consumo humano. MÓDULO DE CAPTACIÓN Figura 2.1. Modelo de captación por cubierta y su drenaje a la cisterna principal. Se aprecian los componentes principales del módulo y su disposición. Fotografía 2.1. Techo de lámina de plástico recubierta de policarbonato. Fotografía 2.2. Colonias de musgos que se adhieren al techo. Área de captación por cubierta del sistema de captación. Almacenamiento del agua recolectada por la cubierta. 8 MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.3. Presencia de hojarasca en el techo de plástico que debe ser removida para evitar la tinción del agua con taninos. Fotografía 2.4. Reparación y mantenimiento de lámina de plástico que conforma el area de recolección de agua de lluvia . Foto: Archivo/Urku. 9 Techos metálicos con revestimiento de cinc: Los techos galvanizados son los más comunes y económicos del mercado. Mantenimiento: En caso de perforación y fisuras de proceder a colocar de cintas especiales comerciales sobre las imperfecciones. Hay casos en los que se debe hacer el cambio total de la lámina. La limpieza se debe hacer de manera periódica. El pintado con antioxidante es una opción que incrementa el costo de las instalaciones. Problemas: Presencia de impurezas y algas en los canales. Según su calidad, pueden presentar tendencia a oxidarse, principalmente si se acumula materia orgánica o sedimentos. En sitios húmedos rodeados de vegetación son más propensos a la corrosión con respecto a las zonas secas. Los techos galvanizados, localmente conocidos como “calamina”, absorben una gran cantidad de calor y cuando implican superficies amplias éstas pueden producir cambios notables del microclima local (temperatura y vientos). Es probable que metales pesados puedan desprenderse y contaminar el agua e incluso los suelos agrícolas, para presentarse en mayores concentrarse en peces, animales de granja y personas que la consumen. No se recomienda su utilización con fines de potabilización para consumo humano. Es posible el empleo de tecnologías como la electro - purificación para la remoción de metales pesados contaminantes. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.5. Techo de lámina de lámina de metal recubierta de cinc. Fotografía 2.6. Corrosión por oxido de lámina de metal recubierta de cinc. Fotografía 2.7. Los techos de lámina de metal son usuales en la construcción moderna. Fotografía 2.8. Techo de acrílico transparente. Existen alternativas más costosas para sustituir las laminas metálicas. 10 Techos de hoja de palma: Son la mejor elección en pueblos de la Amazonia Peruana, donde la materia prima es aún un recurso económico y accesible. Colocadas adecuadamente en diversidad de diseños, las hojas de las palmeras son excelentes impermeabilizantes. Mantenimiento: No requieren de mayor mantenimiento, pero cuando se deterioran pueden ser remplazados en la estructura. Los techos de palma son altos aportadores de taninos y otros residuos biológicos. Problemas: Infestación de termitas que deterioran y disminuyen la vida útil de las estructuras de soporte y la hoja de palma, para lo cual no se recomienda la aplicación de plaguicidas químicos. También los techos son propensos al daño de aves de corral que utilizan los techos como dormideros. Por su naturaleza, los techos de hojas de palma son el refugio de roedores y pequeños reptiles cuyos excrementos podrían contaminar el agua recolectada y representar riesgos moderados para la salud humana, si el agua se dispone para el consumo directo. En acuarios de exposición, el agua de estos techos presenta una tonalidad oscura relacionadas con taninos, saludables para los peces, pero muy difícil de aclarar con los equipos de filtración. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.9. Los techos de hojas de palma aportan valor estético a las estructuras y construcciones. Fotografía 2.10. Los techos de hoja de palmas poseen estructuras de soporte que le permiten resistir fenómenos naturales. Fotografía 2.11. Así lucen los techos de palma deteriorados. 11 Techos verdes: Son una alternativa estética y biológica con implicaciones en la reducción de la temperatura y la belleza estética con respecto a las cubiertas artificiales de plástico o metal. Son una combinación entre techo de concreto o plástico con una capa de musgos, cobertura de plantas volubles e incluso suelo. Mantenimiento: El mantenimiento se divide en dos elementos. Mantenimiento de las plantas que consiste en poda y abonamiento; mientras que la recubierta requiere de constante limpieza de los canales. Problemas: Son difíciles de limpiar cuando se trata de cubiertas de plástico. La acumulación de hojas y residuos orgánicos suelen afectar la calidad del agua recolectada. Fotografía 2.12. Techo verde. Se observa la presencia de hojas en los canales de la lámina de plástico. El hábito de las plantas con las que se recubren estos techos, hace difícil la limpieza o remoción de las hojas. Fotografía 2.15. Se observa como las enredaderas recubren toda la estructura del techo. Fotografía 2.13. Los techos verdes son eficientes para recubrir zonas donde se requiera mitigar el calor. Fotografía 2.14. Techo verde en el Centro Urku- Tarapoto, Perú. 12 Tejado de arcilla: Los tejados de arcilla o simplemente, techos de teja, son superficies inocuas que aíslan muy bien el calor causado por la radiación. Mantenimiento: Son techos muy duraderos que requieren poco mantenimiento. A medida que el tejado se añeja libera menos sedimentos y se impermeabiliza. Problemas: Son propensos a la formación de algas, musgos y hongos. Son difíciles de limpiar si no existen estructuras adecuadas, ya que las tejas suelen quebrarse al ser pisadas y generar pérdidas de agua. Al ser elementos pesados, requieren adecuadas de estructuras de soporte. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.16. Techo de teja cerámica La disposición de las tejas permite hacer una recolecta del agua de lluvia más eficiente. Fotografía 2.17. Deterioro de las estructuras de soporte y termiteros en techo de teja en forma de “V”. Fotografía 2.18. Acumulación de hojarasca en una canaleta principal de concreto. 13 2.2 CANALETAS RECOLECTORAS Pueden utilizarse canaletas de diversa factura: las elaboradas con troncos de palmeras nativas (pijuayo, sinami o pona), las canaletas de latón y las de plástico PVC. Las canaletas de origen vegetal suelen ser muy pesadas y su vida útil suele ser corta o precisar de reparaciones constantes. En contraste, las canaletas de plástico o material PVC son livianas y de superficie lisa, pero generalmente no existen modelos en el mercado, de dimensiones estándares adecuadas para la recolección de agua de lluvia. Usualmente se confeccionan a partir del cortado de tubos cuyo diámetro normalmente requiere superar las 4”. Las canaletas metálicas recubiertas de cinc suelen ser más versátiles, pero al ser confeccionadas de manera artesanal no son muy baratas. Pueden ser construidas a la medida en establecimientos determinados. Para lograr una adecuada evacuación del agua, las canaletas deben contar con una capacidad adecuada al caudal en relación con la máxima intensidad de las lluvias (mm/minuto) y ser colocadas bajo una inclinación del 5%. Las canaletas tienen dimensiones estándares acordes al diseño y fabricante. Existen superficies demasiado grandes donde se requiere unir dos o más canales para abarcar toda la dimensión deseada. Esas uniones, conocidas como empalmes, pueden ser estar orientados en línea recta o tomar cierto ángulo de rotación con respecto al segmento anterior. Las canaletas plásticas requieren de accesorios adicionales para ser unidas. Los empalmes con canaletas metálicas requieren una superposición de canaletas de al menos 15 cm. Para evitar fugas es necesarioel uso de adhesivos o soldaduras. Mantenimiento: Además de la aplicación de pinturas anticorrosivas no existen más acciones de mantenimiento de estas estructuras. En el caso de desprenderse de la parte inferior de la canaleta se debe soldar nuevamente o bien hacer un recambio Taltal de la pieza. Mantenimiento: Basta con extraer la materia orgánica y sedimentos acumulados en las canaletas. Esta actividad se realiza de manera periódica y durante las lluvias. En ciertos casos de canaletas galvanizadas es preciso pulir las áreas oxidadas y aplicar recubrimientos especiales al interior de los canales. Los defectos en los empalmes pueden ser reparados con soldadura de estaño o con el uso de silicona y remaches. Problemas: El principal problema que presentan las canaletas es el depósito de hojas, materia orgánica y sedimentos que afecta la eficacia en la captación del agua de lluvia (pérdidas por rebasamiento) y acelera la corrosión de las estructuras metálicas. Esta situación es promovida adicionalmente por deficiencias en la limpieza periódica, falta de mantenimiento durante lluvias fuertes, taponamiento de los filtros o una pendiente inadecuada, ya sea por diseño o por desajustes de los soportes que ceden al peso del agua en recolección. Las zonas más vulnerables a la corrosión o pérdidas de agua recolectada son los empalmes o uniones entre segmentos de las canaletas, además de los filtros y puntos de salida. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.19. Sistema de canaletas recolectoras metalicas. 14 MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.20. Principales problemas de las canaletas recolectoras. Depósito de hojas, materia orgánica y sedimentos que afecta la eficacia en la captación del agua de lluvia (pérdidas por rebasamiento) y acelera la corrosión de las estructuras metálicas. Fotografía 2.21. Canaletas recolectoras. Sistemas de soporte y uniones entre canaletas impermeabilizadas con silicón industrial. 15 2.3 MECANISMOS DE TAMIZADO Y DECANTACIÓN 2.4 REDES DE CONDUCCIÓN Los mecanismos de tamizado tienen como función evitar o mitigar el ingreso de hojas y materia orgánica en canaletas y tuberías de conducción tienen como destino las cisternas de almacenamiento del agua recolectada. Se trata de estructuras, metálicas o plásticas, a modo de redes, mallas o rejas que colocadas en la desembocadura de las superficies en las canaletas y sus puntos de salida, impiden el ingreso de elementos de mayor tamaño al sistema de conducción. Los mecanismos de decantación, muchas veces combinados con los de tamizado, consisten en estructuras de plástico o concreto que promueven la sedimentación de partículas más pequeñas y el apresamiento de elementos pequeños de hojas y materia orgánica que lograron pasar durante la primera etapa de tamizado. Mantenimiento: Se debe realizar la limpieza periódica de trampas y dispositivos de decantación, así como supervisar su funcionamiento durante las lluvias intensas. Cada cierto tiempo es preciso sustituir las estructuras de tamizado metálicas. Problemas: Los sistemas de tamizado suelen tupirse con facilidad, sobre todo cuando no se realiza el mantenimiento de las cubiertas y las canaletas con una adecuada regularidad. La combinación de sedimentos y materia orgánica durante lluvias intensas puede obstruir el pase del agua recolectada y provocar su pérdida antes de ser almacenada. Es preciso atender esta última circunstancia que podría relacionarse con un diseño inadecuado. Las redes de conducción consisten por lo general en tuberías de PVC que unen las canaletas recolectoras con el reservorio o módulo de almacenamiento. Al igual que las canaletas de recolección, el diámetro de los tubos es una función del caudal máximo relacionado con el área de captación del sistema y la intensidad máxima de las precipitaciones. Los módulos suelen emplear tuberías de 4”, 8” y hasta 12”, así como sus respectivos accesorios PVC. Mantenimiento: Las redes de conducción requieren bajo o nulo mantenimiento. Problemas: Eventualmente pueden generarse roturas por la presión del agua o por intervenciones accidentales en la línea de conducción. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.23. Mecanismo de decantación de sedimentos e impurezas Fotografía 2.22. Funcionalidad de mecanismo de tamizado de impurezas en la entrada de las tuberías de conducción. Fotografía 2.24. Tuberías de conducción. 16 2.5 ESTRUCTURAS DE SOPORTE Las estructuras de soporte son todos aquellos accesorios que tienen como finalidad dar soporte a las estructuras de tamizado y recolección, principalmente canaletas y tuberías verticales. Se trata por lo general, de elementos metálicos como ganchos y abrazaderas, de tamaño estándar o fabricadas artesanalmente a la medida de la canaleta o tubos de conducción. Mantenimiento: Las estructuras de soporte deben ser revisadas y reparadas con una periodicidad menor (anual). Problemas: Las estructuras de soporte suelen oxidarse y perder su funcionalidad por fallas en los puntos de sujeción. MÓDULO DE CAPTACIÓN Fotografía 2.25. Desfogue de canaletas. Es la intercepción entre el sistema de recolecta y el de tuberias de conducción. Fotografía 2.26. Tuberia asociada a tanques elevados. Fotografía 2.27. Estructuras de soporte metálicas. Fotografía 2.28. Detalle de las estructuras de soporte metálicas en el vértice de un techo. 17 III. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO El módulo de almacenamiento está destinado para acumular el agua de lluvia recolectada. Existen diversas alternativas tecnológicas; los estanques de polietileno y las cisternas de concreto son de uso frecuente. 3.1 Tipos de reservorios y cisternas Reservorio lagunar Es uno de los tipos de reservorio más económicos y accesibles por no requerir mano de obra especializada para su diseño y construcción al aire libre. El reservorio es excavado según las dimensiones requeridas de almacenamiento. Las paredes constituyen un talud, de preferencia de hasta 45°. Cuando se trate de formas rectangulares se recomiendan bordes curvados para disminuir las probabilidades de filtración. En muchos casos se puede colocar una manta de geomembrana o recubrir las paredes y el fondo del reservorio con una mezcla de “diablo fuerte” (cemento y cal 1:1) para mejorar la elasticidad de la superficie y optimizar la calidad del agua. Figura 3.1. Modelo de sistema de conducción y drenaje a la cisterna subterranea. Se aprecian los modulos y su disposición. Módulo de captación. Superficies de captación del tipo “cubierta” Cisterna de almacenamiento subterranea. Tanque de almacenamiento para bombeo por gravedad. Canaletas recolectoras. Mecanismos de tamizado y decantación. Redes de conducción. Distribución por bombeo. Bomba hidraulica. 18 Cálculo y dimensiones requeridas: Reservorio rectangular: A = [L1 . L2 . h] – [h 2.(L1 + L2)/2] Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio de 45° de talud; L1 es la longitud en superficie de un lado del reservorio; L2 es la longitud en superficie del otro lado; h es la profundidad. Reservorio cilíndrico: A = π. Ø 2 .h /4 Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio de 45° de talud; π = 3,1416; Ø 2 es el diámetro del cilindro al cuadrado; h es la profundidad. Reservorio elipsoidal: A = [π. Ø1 . Ø2. h /4] – [π. h 2] Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio de 45° de talud; π = 3,1416; Ø1 es el diámetro mayor de la elipse en la superficie; Ø2 es el diámetro menor de la elipse; h es la profundidad. Cálculo y dimensiones requeridas: A = [L1 . L2 . h] Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio rectangular; L1 es la longitud de un lado del reservorio; L2 es la longitud del otro lado; h es la profundidad. 3.2 CISTERNA DE CONCRETO ARMADO Es un reservorio hermético, generalmente de forma rectangular y construido bajo el nivel del suelo. Es de capacidad variable y diseño opcional.Se considera una de las estructuras de mayor costo en un sistema de aprovechamiento de agua de lluvia, pues además de los gastos de construcción implica de estudios previos de suelos y estructuras. Luego de las excavaciones necesarias, se construye una plataforma de cemento sólido a partir de la cual se teje el armazón de hierro corrugado, formando una jaula. La estructura se amarra con alambre. Se realiza el encofrado con tablas donde se vierte una mezcla de arena, cemento y en algunos casos, un impermeabilizante. Se recomienda curvar las esquinas y poner especial cuidado en evitar la exposición de fierros y zonas vacías de concreto, para disminuir las probabilidades de filtración. La construcción del techo es la última parte de la obra y se realiza de manera similar al de las paredes del reservorio, dejando una abertura rectangular que constituirá la tapa de ingreso (1 m2) para las labores de mantenimiento y limpieza. Finalmente se procede a la aplicación de las últimas capas de impermeabilizante y pulido de la parte interna de la cisterna. La estructura debe lavarse varias veces y esperar un tiempo prudencial (2 - 4 meses) para que el exceso de sales del concreto sea removido. Ventajas • Estructura sólida y resistente con larga vida útil. • Puede ser construida según las dimensiones requeridas. • Por el aislamiento de la superficie, mantiene el agua libre de impurezas. • Puede ser construida bajo el nivel del suelo. • Resistente a la actividad sísmica. Desventajas • Es una estructura costosa que requiere inversiones en materiales (cemento y fierro) y fuerza de trabajo. • Requiere de mano de obra calificada para su construcción. • El concreto suele modificar los parámetros de calidad del agua (dureza, pH y salinidad). MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Figura 3.2. Esquemas de reservorios de forma rectangular, cilíndrica y elipsoidal. Fotografía 3.1. Encofrado de cisterna de concreto armado en Centro Urku. Foto: Archivo/Urku. 19 MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Fotografía 3.2. Encofrado de cisterna de concreto armado en Centro Urku. Foto: Archivo/Urku. Fotografía 3.3. Fase final de la construción de la cisterna de concreto armado de Centro Urku. Foto: Archivo/Urku. 20 Figura 3.4. Variación del pH y la turbidez del agua de lluvia para cisternas de concreto armado de diferente tiempo de operación. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Figura 3.3. Esquema de cisterna subterranea. Aprovechamiento del espacio. Por ser construido debajo del nivel del suelo, el tanque no ocupa espacioadicional en el exterior. Se puede sembrar plantas o construir estructuras livianas sobre la cisterna. Es invisible. No le quita el valor estético a ninguna obra del domicilio o propiedad. Por estar bajo la tierra el agua mantiene una temperatura y calidad muy buena. Pueden ser de tamaño variable, acordes con las necesidades y capacidades del propietario o gestor del sistema. 21 Cisterna de polietileno Las cisternas de polietileno son los reservorios más asequibles en la actualidad. Cálculo y dimensiones requeridas: viene en presentaciones estándar de 1 200, 2 500 y 5 000 litros. Ventajas Duraderas y manejables. Disponibles en el mercado, con una gran variedad de tamaños y precios que se pueden ajustar a las necesidades. Relativamente económicas con relación a otros tipos de cisternas. De fácil instalación. Pueden transportarse y colocarse donde se requiera. Desventajas Presentan limitaciones de tamaño para volúmenes superiores. Los modelos de mayor capacidad (10 000 litros a más) son considerablemente caros. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Fotografía 3.5. Cisterna de polietileno de 5 000 l. Fotografía 3.4. Presentaciones comerciales de cisternas de almacenamiento de agua. Son prefabricadas y las empresas que las distribuyen dan garantía de su calidad. Fotografía 3.6. Cisterna de polietileno de 2 500 l. 22 Cisternas de placas Cisterna de ferrocemento Las cisternas de placas es un sistema muy utilizado en fincas agroecológicas del Sur del Brasil. En la mayoría de los casos son circulares semicerradas con capacidad de 16 000 litros. Cálculo y dimensiones requeridas: - A = π. Ø 2 .h /4 Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio cilíndrico; π = 3,1416; Ø 2 es el diámetro del cilindro al cuadrado; h es la profundidad. Para una mayor información sobre las cisternas de placas se recomienda visitar el siguiente documento: https://inta.gob.ar/sites/default/files/ script-tmp-inta_-_paso_a_paso_cisterna.pdf Ventajas • Es un sistema sencillo de fácil construcción, el cual no requiere de mano de obra calificada. • En relación con la cisterna de concreto armado es más económica y accesible. • Con capacidad variable de almacenamiento. Es una es una alternativa tecnología acumuladora de agua de lluvia caracterizada por su fácil diseño y construcción. Se trata de la tecnología de almacenamiento más barata construida con cemento y hierro en la actualidad. Con sistemas de almacenamiento como este permite acceder al agua durante largos periodos de tiempo. Ventajas Pueden ser construidas según las medidas requeridas. • Materiales accesibles en cualquier localidad del territorio nacional. Desventajas • No es recomendable si se construye en terrenos muy arcillosos o inestables. • No se recomienda su construcción en zonas sísmicas. • La construcción de moldes y placas de cemento requiere de esfuerzo y cierto grado de capacitación. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Fotografía 3.7. Construcion de cisterna de placas de 16 000 l en Colonia Santa Teresita (General Conesa, Provincia de Río Negro) Argentina. Fotos tomadas del Manual de construcción de cisterna de placas del Instituto Nacional de Tecnología agropecuaria INTA –Argentina. 23 • Los materiales son asequibles y de fácil obtención en cualquier región del país. • Al ser un sistema cerrado permite mantener el agua libre de contaminación externa. • Son resistentes y de gran vida útil. • La forma geométrica circular permite mayor almacenamiento y optimizar espacio que cisternas cubicas. Desventajas • Por ser construidas con hierro y cemento suelen ser más costosas que las cisternas de polietileno. • Requiere capacitación previa para su diseño y construcción. • Son susceptibles a la corrosión con el tiempo. Cálculo y dimensiones requeridas: A = π. Ø 2 .h /4 Donde: A es la capacidad de almacenamiento de un reservorio cilíndrico; π = 3,1416; Ø 2 es el diámetro del cilindro al cuadrado; h es la profundidad. MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Figura 3.4. Construcción de cisterna de ferrocemento. El proceso empieza con el armado de la estructura metálica que luego se rellena con concreto. Es una construcción que no requiere de especialidades técnicas. Fotografía 3.8. Esqueleto cilíndrico de hierro permite mayor resistencia de la cisterna. Fotos tomadas de Blog: Agricultorers: red de especialistas en agricultura Link:. Construcción del armazón de hierro y ensamblado de las formaletas. Aplicación de la mezcla de cemento sobre el armazón de hierro. Esperar que se seque y remover las formaletas. Construcción de la tapa y sellado final con mezcla impermeabilizante. 24 4.1 DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD 4.2 DISTRIBUCIÓN POR BOMBEO IV. MÓDULO DE DISTRIBUCIÓN El sistema de distribución es un conjunto de componentes que tienen como finalidad conducir el agua, ya sea por gravedad o bombeo, desde el módulo de almacenamiento hasta donde es requerida. La distribución de agua de lluvia por gravedad es un mecanismo de abastecimiento que aprovecha la energía potencial del agua cuando esta se encuentra sobre el nivel del punto donde se encuentran los surtidores. Gracias a esta condición, el líquido puede llegar hasta sus consumidores o el lugar donde sea requerida. El bombeo del agua de lluvia se precisa cuando la fuente de almacenamiento se ubica por debajo del nivel de los surtidores. Ello implica el uso de unafuerza para elevar el agua hacia un reservorio intermedio ubicado sobre una plataforma estable, desde el cual la distribución se realiza por gravedad. La fuente energética para realizar el bombeo puede ser de origen convencional (combustibles fósiles o energía eléctrica del servicio público) o no convencional (dispositivos electro – mecánicos, minicentrales hidroeléctricas, energía fotovoltaica y dispositivos de fuerza cinética). Un módulo de bombeo no convencional Los sistemas de captación de agua de lluvia son por lo general construidos en zonas rurales donde los accesos a servicios básicos son limitados. Por ende en este documento se presenta un sistema de bombeo “ecológico” que no requiere de energía eléctrica y promueve el ejercicio físico. A diferencia de los sistemas convencionales de bombeo que transforman la energía eléctrica en mecánica para impulsor el agua contra una MÓDULO DE DISTRIBUCIÓN Fotografía 4.1. Sistema de distribución de agua por gravedad. Fotografía 4.2. Una bomba de ariete o ariete hidráulico. Es un dispositivo que convierte la energía cinética de un golpe de ariete en una diferencia de presión que empuja un volumen de agua contra la pendiente. 25 gradiente, este práctico sistema consiste en transformar la energía biomecánica de una bicicleta estacionaria, la cual se transfiere desde la rueda al eje de una bomba. Mantenimiento Por los materiales de los que está construida la bici- bomba se requiere un mantenimiento periódico de los engranajes y mecanismos para evitar la corrosión y el desgaste que promueve el desprendimiento de las soldaduras. La vibración por el uso determina que ciertas uniones y estructuras de fijación se aflojen, acelerando el desgaste. Como para toda bicicleta es necesario hacer engrase, limpieza y cambio de engranajes y balineras. Problemas • Deterioro de las estructuras metálicas. A menudo se oxidan por estar a la intemperie. • Degradación de materiales frágiles: asiento, pedales, llantas y madera de la base. • En caso de un mal cálculo de la demanda de agua, el tanque debe ser llenado con demasiada frecuencia y esto conlleva a un mayor esfuerzo de pedaleo. MÓDULO DE DISTRIBUCIÓN Fotografía 4.3. Bicibomba. Se observa la disposición de la llanta de la bicicleta con el eje principal de la bomba, así como las estructuras de soporte que se fijan al piso. 26 4.3 FILTROS Y OTROS DISEÑOS PARA MEJORAR LA CALIDAD DEL SUMINISTRO Los filtros usan una gran variedad de mecanismos para remover las impurezas del agua y mejorar la apariencia y potabilidad. Cualquier filtro no es adecuado: primero se debe hacer un análisis de la calidad del agua para valorar qué parámetro normalizar o corregir para hacer viable su consumo. Los filtros para mejorar la calidad de agua se pueden clasificar según la función para cual están diseñados. Filtros mecánicos. Generalmente de polipropileno, están diseñados para retener partículas de arena, herrumbre, así como suspensiones físicas y otras. Filtros de carbón. Están construidos básicamente con carbón activado, el cual adsorbe las sustancias orgánicas e inorgánicas, responsables entre otros aspectos, del olor desagradable y del color oscuro de las aguas en contacto con contaminantes. Filtro de descalcificación. Consiste en un filtro construido con resina catiónica que elimina los metales pesados del agua. Filtros sin hierro. Consta de dos rellenos que limpian el sulfuro de hidrógeno, modifican el pH y eliminan el sabor metálico del agua. Nano-filtros. Son filtros equipados con una membrana semipermeable, cuyos poros presentan un diámetro cercano al tamaño de la molécula del agua, por lo que tienen la capacidad de retener las impurezas. Filtros de arcilla y cerámica. Son filtros que aprovechan la porosidad del material con el que están construidos para retener las impurezas. Son ideales para mejorar la apariencia y la calidad del agua; además de económicos y accesibles. Filtros de luz ultravioleta. Estos sistemas son ideales para eliminar los microrganismos del agua, al hacerla fluir a través de una lámpara de rayos ultravioleta. No elimina, sin embargo, las partículas sólidas. MÓDULO DE DISTRIBUCIÓN Fotografía 4.4. Bicibomba. Sistema de bombeo “ecológico” el cual no requiere de energía eléctrica y promueve el ejercicio físico. 27 V. MONITOREO Y EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS 5.1 EFICIENCIA DE LA CAPTACIÓN Un sistema de captación de agua de lluvia bien diseñado y construido funcionará de manera óptima si es administrado y gestionado de forma meticulosa, antes y durante las temporadas de lluvia. Un sistema de canaletas (sistema de recolección) bien diseñado permitirá una captación eficiente del agua. Cuando están limpias y sin obstrucciones, las canaletas conducirán el agua hacia los desfogues y tamices sin mayores inconvenientes. Existe una relación directa entre la eficiencia y la vida útil del sistema de captación y recolección. A medida que los años transcurren la eficiencia puede verse afectada y potenciada por una mala gestión de los mantenimientos. Medir la eficiencia de un sistema de captación requiere del registro de entrada de agua de lluvia al sistema y el consumo diario. Medir dichos parámetros implica atención constante debido a que la instalación de un sistema de medidores es una tecnología que resulta poco asequible. Al prescindir de métodos de medición de las entradas y salidas de agua del sistema se deben considerar opciones más prácticas, como deducir el consumo a partir del cálculo del volumen de captación, usando como parámetro la precipitación pluvial, la superficie de captación y el registro de las existencias de almacenamiento. El registro del consumo y de las existencias es parte fundamental de la gestión del recurso hídrico, por las siguientes razones o motivaciones: • Brindar respuesta a diversos problemas derivados del diseño de captación y almacenamiento. • Garantizar el uso racional del agua. Conocer las limitaciones del suministro permite hacer una adecuada gestión del recurso. • Conservar la calidad del agua dentro de los límites requeridos según el objeto de su utilización. El consumo de agua está determinado por muchos factores, algunos de ellos eventuales; por ende, este parámetro es impredecible y difícil de medir, a no ser que se cuenten con instrumentos de alto costo. Factores como el incremento de personas en el domicilio, el uso del recurso para desinfección o el lavado de algunas estructuras, o bien el uso inmediato para el riego, podrían modificar los requerimientos de agua. 5.2 REGISTRO DEL CONSUMO Y DE LAS EXISTENCIAS Fotografía 5.1. Rutina de toma de muestras para el monitoreo y evaluación de la calidad de agua. Se evalúan parámetros físico-químicos y microbiológicos del agua de cubierta y de las cisternas. 28 Por ello, las existencias constituyen la mejor medida de la relación existente entre la disponibilidad y el consumo del agua. Como opciones prácticas para el monitoreo del sistema se pueden considerar: Uso de regla graduada. Es el método más práctico y sencillo. Consiste en calcular las existencias a partir de una medida de la profundidad del agua almacenada en un reservorio o cisterna. Con el conocimiento de las dimensiones exactas de los reservorios es posible elaborar una tabla de comparaciones para relacionar la medida del nivel del agua en la regla graduada con el volumen existente en el reservorio. Sistema de medición por boya y varilla. Consiste en instalar a través de un orificio en la cisterna, una varilla metálica con una boya en el interior que según las variaciones del nivel superficial del agua, impulsa la varilla para indicar la cantidad de agua disponible. A este sistema puede también integrarse un dispositivo electrónico de medición directa. El agua de lluvia debería ser la forma más natural en que podría encontrarse el agua y, recolectada deforma adecuada, puede ser apta para el consumo humano. Sin embargo, las superficies en contacto con el agua aportan la mayor parte de los contaminantes adquiridos en el sistema de recolección. En este sentido, pueden encontrarse en el agua una variedad de residuos de origen orgánico, tales como excretas de animales, hongos, residuos de origen vegetal, tanto como inorgánicos. En las zonas altamente urbanizadas, el agua de lluvia puede contaminarse antes de tocar la superficie de captación, debido a las altas concentraciones de aerosoles atmosféricos contaminantes, emitidos por los automóviles, la actividad industrial de fábricas o refinerías, la quema de vegetación y residuos, y los plaguicidas químicos utilizados en la salud pública y la agricultura. Cada propósito de evaluar la calidad del agua en los sistemas de aprovechamiento implica requerimientos mínimos o estándares. El color se determina por comparación con tablas de color, o con una escala preparada en el laboratorio con una disolución cloruro de platino y cloruro de cobalto. La turbidez, al referirse a la cantidad de partículas orgánicas e inorgánicas disueltas en el agua, indica la calidad y eficacia del filtrado. La turbidez se puede medir con instrumentos sofisticados pero también de forma práctica con un método simple llamado disco de Secchi. Por dureza se entiende el peso de sales minerales, en particular sales de calcio y magnesio, disueltas en el agua. Estos elementos atribuyen cierto sabor y otras características físicas al agua. El pH es una medida para determinar el grado de alcalinidad o acidez de una sustancia. Esta condición es determinada por los iones de hidrogeno en el agua. La escala es de 0 - 14 de ácido a alcalino, donde el 7 indica neutralidad. Metales pesados (As, Pb, Cl, Hg): son una serie de elementos químicos de origen metálico que en altas concentraciones pueden ser perjudiciales para la salud de los consumidores. Concentraciones mínimas de estos metales son tolerables en el agua, pero en altas concentraciones son muy 5.3 DESCRIPCIONES DE VARIABLES Y MÉTODOS DE REGISTRO DE PARÁMETROS DE AGUAS MONITOREO Y EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS Fotografía 5.2. Monitoreo de las existencias de agua en los modulos de almacenamiento. Fotografía 5.3. Ilustración de disco de Secchi diseñado la medición de turbidez de cuerpos de agua dulce. 29 perjudiciales para la salud. Coliformes totales: son la denominación de un grupo de bacterias presentes en las heces de personas y animales. Su presencia es un indicador de contaminación. Son considerados como organismos de vida libre: algas, protozoarios, copépodos, rotíferos y nemátodos en todos sus estados biológicos. MONITOREO Y EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS Fotografía 5.4. Rutina de toma de muestras para el monitoreo y evaluación de la calidad de agua. Se evalúan parámetros físico-químicos y microbiológicos del agua de las cisternas. Fotografía 5.5. Comparación de muestras de agua de lluvia recolectadas en los diferentes tipos de techos del Centro Urku. Se observan los diferentes tonos del agua, siendo el mas incoloro el del techo de calamina plástica y el mas teñido el de techo de palma. 30 Va ria bl e y m ét od o de re gi st ro V ar ia bl e y m ét od o de re gi st ro FÍ SI CO S Q U ÍM IC O S M IC RO BI O TA Co lo r Tu rb id ez Du re za pH M et al es p es ad os (A s, P b, C l, Hg ) AM PA /G A CO LI FO RM ES TO TA LE S O RG A N IS M O S DE V ID A LI BR E U ni da de s Pl ati no - Co ba lto (U PC ).P or co m pa ra ci ón vi su al o po r m ed io d e un co lo rím et ro d ig ita l. N TU M ét od o de Se cc hi , co n ne fe ló m et ro o tu rb id ím et ro . Su m a de la co nc en tr ac ió n (m g) de s al es d e Ca CO 3 /l. (V ol um ét ric o) Es ca la 1 -1 4. Ci nt a de p H o pe ac hí m et ro . (E le ct ro m ét ric o) m g L- 1 Es pe ct ro fo to m et ría d e ab so rc ió n at óm ic a. pp m o p pb Q uí m ic a an al íti ca (E FM /M ). N M P/ 10 0 m l Cu lti vo in v itr o y re cu en to c on té cn ic a de l N M P po r t ub os m úl tip le s (* ) = < 1, 8 /1 00 m l U FC / 1 00 m l Re cu en to U ni da d fo rm ad or a de co lo ni as (U FC ). Pr op ós ito Co ns um o hu m an o (p ot ab le ) N or m a na ci on al : D .S . N ° 0 31 - 20 10 -S A/ M in sa . |≤ 1 5 U PC ≤ 5 N TU ≤ 25 0 m g Cl - L -1 ≤ 25 0 m g SO 4 L -1 ≤ 50 0 m g Ca CO 3 L -1 6, 6 - 8 ,5 ≤ As 0 ,0 10 m g L- 1 ≤ P b 0, 01 0 m g L- 1 ≤C l 0 ,5 m g L- 1 ≤H g 0, 00 1 m g L- 1 N D = 0 (* ). ≤ 0 (U FC ) U so h um an o (u so do m és tic o ha bi tu al no p ot ab le ) ≤ 10 0 U PC 10 - 24 0 N TU N R N R N R N D ≤ 50 N M P/ 10 0 m l ( *) . ≤ 50 0 U FC / 1 00 m l Fi ne s p ec ua rio s ≤ 15 0 U PC N D N TU 10 0 - 5 00 m l/l Ca CO 3 6, 5 – 9 ≤ As 0 .0 5 m g L- 1 ≤ P b 0, 00 1 m g L- 1 ≤C l 5 m g L- 1 ≤H g N D m g L- 1 N D ≤ 50 00 N M P/ 10 0 m l(* ) ≤ 50 0 U FC / 1 00 m l Ri eg o ag ríc ol a N R Gr av ed ad : N R. Go te o/ fe rti rr ie go : ≤ 3 00 Gr av ed ad : N R. Go te o/ fe rti rr ie go : ≤ 30 0 Gr av ed ad : N R. Go te o/ fe rti rr ie go : 6 - 9 ≤ As 0 .1 m g L- 1 ≤ P b 0, 01 0 m g L- 1 ≤C l 5 m g L- 1 ≤H g N D m g L- 1 N D N R N R Ac ui cu ltu ra pr od uc tiv a 1 - 1 00 U PC 10 - 2 40 N TU 10 - 32 0 m g Ca CO 3/ l 6 - 8 ≤ As 0 .1 m g L- 1 ≤ P b 0, 01 0 m g L- 1 ≤C l 5 m g L- 1 ≤H g N D m g L- 1 N D 10 – 1 00 N M P/ 10 0 m l N R Ac ua ris m o de ex hi bi ci ón ≤ 15 U PC ≤ 2 N TU ≤ 30 0 m g Ca CO 3/ l 6. 5 - 9 ≤ As N D m g L- 1 ≤ P b N D m g L- 1 ≤C l 0 ,3 -2 ,0 m g L- 1 ≤H g N D m g L- 1 N D ≤5 0 N R Ta b la 5 .1 . P ar ám et ro s fís ic os , q uí m ic os y m ic ro bi ol óg ic os p er m is ib le s de l a gu a se gú n su s us os s eg ún n or m as n ac io na le s e in te rn ac io na le s. 1 U ni da de s N ef el om ét ric as d e Tu rb id ez . 2 N o D et er m in ad o. 3 N R N o R el ev an te . M O N IT O RE O Y E VA LU AC IÓ N D E LA E FI CI EN CI A DE LO S SI ST EM AS 31 Va ria bl e y m ét od o de re gi st ro V ar ia bl e y m ét od o de re gi st ro FÍ SI CO S Q U ÍM IC O S M IC RO BI O TA Co lo r Tu rb id ez Du re za pH M et al es pe sa do s ( As , Pb , C l, Hg ) AM PA /G A C O LI FO R M ES TO TA LE S O RG A N IS M O S DE V ID A LI BR E In di ca do r pr ac tic o El co lo r es un a co nd ic ió n pe rc ep tib le al oj o hu m an o. La to na lid ad va de cr ist al in o a am ar ill o; li g e r a m e n t e cr ist al in o (0 - 20 e n la es ca la H az en ); am ar ill o in te rm ed io (2 0- 5 0) ; y am ar ill o in te ns o (5 0- 1 50 ). Ag ua cr ist al in a co m o la d el g rif o tie ne n ≤ 5 N TU ; ag ua s l ig er am en te tu rb ia s va n de 1 5 – 30 N TU ; ag ua s de c ol or d e río s en in vi er no co n tr es ce ntí m et ro s de v isi ón , p ue de n lle ga r a te ne r va lo re s m ay or es a 15 0- 24 0 N TU . La d ur ez a de l a gu a se p ue de p er ci bi r po r el sa bo r o in di ca do re s pr ác tic os . Cu an do el agua es tá ca rg ad a de sa le s m in er al es e l j ab ón y de te rg en te s no ha ce n es pu m a fá ci lm en te . El s ab or d el a gu a pu ed e se r un cl ar o in di ca do r de la ac id es . Ag ua s du lc es s on m ás ac id as , a di fe re nc ia de la s ag ua s sa lo br es qu e po r su al ta co nc en tr ac ió n de sa le s su el en se r m ás b ás ic as . - - La fo rm a pr ác tic a de de te rm in ar la pr es en ci a de co lif or m es fe ca le s en e l a gu a co ns ist e en av er ig ua r si ex ist e in ci de nc ia de an te ce de nt es d i a r r e i c o s re la ci on ad os al co ns um o de l a gu a. Si co lo ca s un a m ue st ra en un re ci pi en te . De pe nd ie nd o de la ca nti da d de ti em po qu e de m or a en to rn as e de co lo r m ar ró n o ve rd e es un in di ca do r de l a ca nti da d de m ic ro or ga ni sm os de vi da lib re qu e es ta c on tie ne . Ta b la 5 .2 . M ét od os p rá ct ic os d e de te rm in ac ió n de lo s va lo re s de a lg un os d e lo s pa rá m et ro s de l a gu a. M O N IT O RE O Y E VA LU AC IÓ N D E LA E FI CI EN CI A DE LO S SI ST EM AS 32
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