Cosecha y almacenamiento de aguas lluvia
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Serie Documentos de Trabajo
  Cooperativa de Trabajo para el desarrollo sustentable TerritorioSur Edificio Ex-cárcel, Castr s/n, Cerro Cárcel, Valparaíso, Chile, Fono fax (56-32) 21 91 79, territoriosur@yahoo.es COSECHA Y ALMACENAMIENTO DE AGUAS LLUVIA Vicente Gallardo Montecinos I INTRODUCCION La cosecha de aguas lluvia y su almacenamiento se utiliza desde hace mucho tiempo atrás. Un ejemplo de esto son las terrazas de arroz en las filipinas, en uso por miles de años, que aún hoy día resultan ser una eficiente técnica. Arqueólogos encontraron un sofisticado sistema de colección y almacenaje de aguas lluvia en la isla de Creta, mientras trabajaban en la reconstrucción del Palacio de Knossos (1.700 A.C.) Los romanos llegaron a ser maestros en cosecha de aguas lluvia y la construcción de recipientes (cisternas), especialmente en lugares donde el agua era limitada. Estos sistemas tenían doble propósito: la evaporación del agua en las lagunas mejoraba el microclima acondicionando el aire y por otra fue usada para propósitos domésticos. Posteriormente debido al aumento de la población aumentó el consumo de agua lo que impulsó a desarrollar cisternas cubiertas. Probablemente la mas grande cisterna en el mundo se encuentra en Estambul, construida bajo Cesar Justiniano (527 - 565 DC), que medía 140 x 70 m, pudiendo almacenar 80.000 m3 de agua. Otra cisterna en Estambul, llamada Binbirdik, con una capacidad de 50.000 m3 y construida bajo Cesar Constantino (329 - 337 DC). En estos sistemas el agua es colectada de techos y calles empedradas y un sofisticado sistema de filtros aseguraba agua limpia. Sin embargo las cisternas municipales bajo tierra en Estambul son probablemente los únicos ejemplos de cosecha de aguas lluvia urbana centralizada de su tipo. Hay dos importante razones que no han permitido su uso mas extenso. Primeramente, la construcción de cisternas bajo tierra es considerablemente mas costosa que la construcción de represas o diques. Segundo hay un peligro de polución accidental por medio de excreta humana en áreas urbanas densas y por tanto riesgo de epidemias. La técnica desapareció con el incremento de la urbanización. Se puede asumir que la técnica siempre ha estado disponible, pero la necesidad de abastecer gran cantidad de agua para industria, alto standard de higiene del agua solo se alcanzó a través de tratamiento y abastecimiento centralizado. Pero este sistema ofrece también desventajas, la centralización del abastecimiento involucra el riesgo de corte total en casos desastres naturales (p.e. terremotos), actos de guerra y contaminación le dan vulnerabilidad al sistema centralizado. El consumo de agua nos está basado solo en la necesidad, sino también está influenciado por el acceso. La cosecha de aguas lluvia está ganando importancia nuevamente en áreas rurales y especialmente en países en vías de desarrollo, donde es necesario garantizar acceso de abastecimiento de agua a través de todas las fuentes posibles. Ideal es combinar el uso de las aguas lluvia con el almacenamiento del agua y el reuso de las aguas de desecho. II CALCULO DE VOLUMEN DE COSECHA DE AGUA Y ELECCION DE DEPOSITOS PARA SU ALMACENAMIENTO Para calcular la cantidad de aguas lluvia que puede ser cosechada, la media anual de agua caída es comúnmente usada1. El conocer este valor no es garantía que la cantidad calculada será alcanzada, pero hay un 95 % de posibilidades que esta cantidad pueda ser alcanzada. Esta certeza disminuye si el modelo de agua caída en un área difiere sustancialmente, muy común en países con períodos de sequía. Puede ocurrir también que llueva más de lo esperado. Esto hace que el cálculo de la capacidad de almacenamiento sea difícil. Si embargo la media es aceptada. El tamaño de la capacidad de almacenamiento elegida puede estar basada en la media anual, pero debería ser mas grande si los fondos lo permiten. 1. DETERMINACION CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO EJEMPLO 1 Considera un techo de 120 m² en un área con una media anual de agua caída de 450 mm, Se asume que menos el 100 % de la cantidad calculada será cosechada, utilizar factor de 90 %. Para su cálculo se realiza con la siguiente expresión: Media Anual de agua caída en mm x área en m² x factor = Agua Lluvia cosechada en lts En el ejemplo anterior significa : 450 mm x 120 m² x 0.9 = 48.600 lts En muchos casos no es realista considerar construir una cisterna de 48.6 m3 de capacidad para una casa con solo 120 m² e techo. Sin embargo esta situación difiere de lugar a lugar, y no se puede decidir a priori cual será la capacidad de l recipiente que sea realista y económicamente eficiente. 2. TIPOS DE TECHO PARA LA COSECHA La forma el área de captación tiene una considerable influencia en la posibilidad de cosecha. Por tanto diferentes tipos de techo entrega distintos tipos de posibilidades de cosecha. Los techos mas comunes se muestran en la figura 1, el techo de una sola caída (agua) es el mas apropiado para cosecha de agua lluvia, ya que el techo entero puede ser desaguado en un solo canal en le punto mas bajo y uno o dos tubería en pendiente pueden ser ubicado dependiendo del área. El techo mas complicado para la cosecha resulta ser el piramidal. Requiere una canaleta en cada lado y al menos dos cañerías descendentes en esquinas opuestas. Si se dispone de un techo de esta forma y de gran tamaño, el agua debería ser recibida en 4 depósitos localizados en cada esquina de la casa. El principal problema es siempre la esquina. Un ángulo de 90º en la canaleta debería ser evitado, resulta extremadamente difícil ajustar canaletas de esa manera para que el agua fluya fácilmente hacia abajo. Los techos mas útiles son los de una y doble caída.  Figura 1 : Diversos tipos de Techo
EJEMPLO 2: Ver Figura 2 Una casa con un área de techo de 9.0 x 6.5 m está para ser surtida con medios para cosechar y almacenar agua de lluvia. La media anual de agua caída es de 450 mm. Cálculo de agua lluvia
La altura desde el suelo a la canaleta de salida es de 3.0 m. De acuerdo a la tabla 1, un depósito de 4.0 m de diámetro con una altura de llenado de 1.8 m puede tener una capacidad de almacenamiento de 23.000 lts.  Figura 2 : Ejercicio 2 EJEMPLO 3 : Ver Figura 3 Cálculo de área de cosecha
Alrededor de 136 m3 de agua lluvia puede ser capturada en un año de 450 mm de lluvia. El tamaño del recipiente escogido depende del mas bajo afluente. Y también del espacio disponible.  Figura 3 : Ejemplo 3 El Block B tiene una altura de canal de 3.0 m, el Block A tiene una altura de 3.3 m. El mas bajo afluente debería venir desde B. Ya que las canaletas y tuberías deberían ir en pendiente haca el afluente, la altura ha de ser calculada. Para las canaletas una pendiente de 0.3 % es la mínima requerida (equivalente a 3 mm por metro). El Block A tiene una canal de largo de 20 m ( 20 x 0.3 = 60 mm), una cañería descendente con un mínimo de pendiente de 1.0 % (10 mm por metro) a la mitad de la pared mas pequeña (5.0 m) lo que significa otros 50 mm de pendiente. Se suman los 600 mm de pendiente de las canaletas a los 50 mm de pendiente de las cañerías descendentes resultando 110 mm y se le suma 15 mm para la distancia desde la pared al depósito del afluente, resultando en 125 mm. Estos 200 mm tienen que ser deducidos de la altura de 3.0 m entre la canaleta y la tierra. Esta medida final de 2.8 m indica que le mas bajo nivel de afluente y al mismo tiempo la altura de llenado del estanque, asumiendo que el fondo del depósito está a nivel del suelo. La capacidad de cosecha es de alrededor de 135.000 lts a lo mas, con una altura de llenado de 2.8 m. La Tabla 1 muestra una altura de llenado de 2.65 m. Con esa altura de llenado, puede ser construido un depósito de 133.000 lts, con un diámetro interno de 8.0 m. Esta cisterna puede ser construida como un estanque de ladrillo reforzado. Será mas económico construir un recipiente de esta capacidad que dos recipientes de alrededor de 66.000 lts, con una altura de llenado de 2.0 m y un diámetro interno de 6.5 m. Este ejemplo muestra que el sitio correcto del edificio es esencial para un recipiente de agua de lluvia económico. Tomando el caso teórico que el agua caída total ocurre en solo 5 días, debería significar que dividiendo 135.000 lts por 360 días por año, este recipiente debería suministrar 375 lts por día a través de todo el año. Ciertamente esta es teoría y en realidad el agua cae en un período de algunos meses. Esto también significa que algo del agua cosechada ya habrá sido usada cuando ocurra la próxima lluvia y el recipiente nunca estará lleno hasta su capacidad máxima, aún si el agua caída alcanza la media anual. Tabla 1: Capacidad de diferentes tamaños de estanque, en m3 Diámetro Altura de Llenado (m) Interno (m) 1.80 2.10 2.65 2.90 3.20 3.45 3.5 17.50 20.00 25.50 28.00 31.00 33.00 3.8 20.50 24.00 30.00 33.00 36.50 39.00 4.0 22.50 26.50 33.50 36.42 40.00 43.50 4.3 26.00 30.50 38.50 42.00 46.50 50.00 4.5 28.50 33.50 42.00 46.00 51.00 55.00 4.8 32.50 38.00 48.00 52.500 58.00 62.50 5.0 35.50 41.00 52.00 57.00 63.00 67.50 5.3 22.00 46.50 58.50 64.00 70.50 76.00 5.5 43.00 50.00 63.00 69.00 76.00 82.00 5.8 47.50 55.50 70.00 76.50 84.50 91.00 6.0 51.00 59.50 75.00 82.00 90.50 97.50 6.3 56.00 65.50 82.50 90.50 100.00 107.50 6.5 59.50 69.50 88.00 96.00 106.00 114.50 6.8 65.50 76.00 96.00 105.00 116.00 125.00 7.0 69.00 81.00 102.00 111.50 123.00 133.00 7.3 75.50 88.00 111.00 121.50 134.00 144.50 7.5 79.50 93.00 117.00 128.00 141.50 152.50 7.8 86.00 100.50 126.50 138.50 153.00 165.00 8.0 90.50 105.50 133.00 146.00 161.00 143.50 Altura de Construcción (m) 2.00 2.32 2.88 3.12 3.44 3.60 III EJEMPLO DE COSECHA Y ALMACENAMIENTO EN SECTOR AGRICOLA EI almacenamiento de aguas lluvia para uso doméstico y animal es muy práctico en localidades donde cualquier sistema de suministro se dificulta ya sea por carencia de fuentes o bien por aspectos económicos. A continuación se describe la metodología a seguir cuando se desee hacer utilización del sistema. 1. CONSUMOS Uno de los aspectos de mayor importancia es conocer la cantidad de agua que se requiere para satisfacer las necesidades en el predio, para ello se presenta la Tabla 2. Tabla 2: Necesidades de agua que tienen las personas y algunos animales domésticos
Es la superficie sobre la cual el agua lluvia es recogida, puede ser el techo de una casa, el de un galpón, o una superficie preparada para tal fin. La dimensión del área necesaria depende de la cantidad de lluvia en la localidad y de la cantidad de agua de consumo. La Figura 4 relaciona estos aspectos y su utilización se presenta en el ejemplo propuesto.  Figura 4: Relación entre consumos, área de captación y lluvia 3. PRECIPITACION Es el factor más importante en la metodología que aquí se presenta ya que de la lluvia dependerá del éxito del sistema. Se hace necesario que los agricultores se informen por medio de las diversas entidades que prestan asistencia técnica, cuál es el dato de lluvia promedio anual en la región a fin de determinar el tamaño del área de captación y el volumen del tanque de almacenamiento. 4. ALMACENAMIENTO EI agua recogida en el área de captación debe ser almacenada para permitir su utilización en el momento en que se necesite. EI volumen de almacenamiento se calcula conociendo los consumos y el período seco o de verano continuo en el cual no se presentan lluvias. Los estanques de almacenamiento pueden ser construidos de diversa forma y manera. Cualquiera que sea el tipo de tanque se debe prevenir la contaminación del agua, mediante la instalación de tapas o cubiertas que permitan la aireación, pero que impidan la entrada de luz, polvo, agua superficial e insectos. 5. FILTRACION La calidad del agua almacenada depende del área de captación. Algunos materiales tales como polvo, hojas, insectos, estiércol de pájaros, pueden ser arrastrados por el agua ocasionando problemas bacteriológicos y físicos, así que resulta aconsejable usar filtro antes de que el agua entre al tanque de almacenamiento. EI filtro puede estar construido básicamente de arena y grava dentro de un recipiente, que para el caso de captación de agua de techos pueda ser un tambor de 55 galones (200 lts aprox.). EI filtro requiere un mantenimiento adecuado para evitar su contaminación en un período corto de tiempo. Se anota que aunque la filtración mejora considerablemente la calidad de agua, no puede esperarse que bacteriológicamente su efecto sea el mejor, dado que muchas bacterias pasan a través de los medios filtrantes. 6. DISTRIBUCION Dado que los depósitos almacenamiento pueden ser enterrados o superficiales se hace necesario proveerlos de dispositivos que permitan la utilización del agua cuando ella es requerida. Los dispositivos más usados son llaves cuando los tanques son superficiales y bombas que permiten tener agua a presión dentro de la casa cuando ellos son enterrados. Variaciones de diversa índole pueden ser efectuadas a la unidad de distribución, no obstante todo dependerá de los recursos económicos y locales de quien desee instalar el sistema propuesto. Ejemplo La familia de un agricultor está compuesta de siete (7) personas incluido él, posee: 2 vacas, 100 gallinas, 3 cerdos y 1 mula. Se necesita saber que área de captación requiere si la localidad donde tiene el predio presenta una lluvia promedio de 1.500 milímetros al año (mm/año). Solución: a) Consumo por año Si una persona necesita 80 litros por día (Tabla 2), para saber cuanto consumen 7 personas en el año hacemos la siguiente operaci6n:
Para saber cuanto es el consumo de los animales al año procedemos de la siguiente manera: De la Tabla 2, se conoce que una vaca consume 45 litros por día. Así que dos vacas necesitarán:
De la Tabla 2 se tiene que 100 gallinas requieren 15 litros por día. Así que el consumo por año es igual a:
De la Tabla 2 se conoce que 1 cerdo necesita 15 litros por día, así que 3 necesitan.
De la Tabla 2 se sabe que 1 mula consume 45 litros por día. Así que al año necesitará:
EI consumo total en el predio del agricultor será en consecuencia la suma de los valores hallados anteriormente:
b) Precipitación Para el ejemplo propuesto se ha partido del hecho de que se conoce la lluvia anual de 1.500 milímetros al año; no obstante en aquellas localidades donde se desconoce este dato, se hace necesario que los agricultores se informen inicialmente de su valor. c) Utilización de la Figura 4 Con los datos consumo anual y precipitación promedio, utilice la Figura 4 de la siguiente manera:
d) Almacenamiento Tal como se anotó anteriormente, el volumen de almacenamiento se estima conociendo los consumos y el período seco de verano el cual no se presentan lluvias. Para el caso del ejemplo se conoce que el consumo es 275.575 litros/año, así que la necesidad mensual se halla fácilmente mediante la siguiente operación:
Si suponemos que en la localidad donde vive el agricultor hay dos meses de verano continuo o tiempo totalmente seco, el volumen de almacenamiento requerido será:
EI depósito necesario para almacenar este volumen así como el filtro a instalar y el sistema de distribución a emplear estarán condicionados por las facilidades económicas del agricultor; no obstante para el ejemplo y bajo el supuesto de que el área de captación es el techo de un galpón que mide 20 x 10 m, le podemos aconsejar la utilización de un filtro de arena y grava hecho en un tambor de 200 lts, igualmente la construcción de un depósito en ladrillo con muros de 25 cm de espesor y dimensiones de 5.5 x 5.0 x 1.8 m. IV BIBLIOGRAFIA
1 La media anual es eel promedio estadístico sobre la base de agua caída en muchos años. | |||||||||||||
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