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DISEÑO DE UN SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y LIMPIEZA DE AGUA DE LLUVIA PARA REUSO DOMÉSTICO D. Palacios, H. Lankester, J. Yeomans1 Universidad EARTH Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica Recibido 2 de diciembre 2011. Aceptado 5 de marzo 2012.

RESUMEN En este estudio se hizo un diseño de un sistema integrado para la recolección y la limpieza de agua de lluvia para las residencias estudiantiles, para evitar el uso de agua potable en actividades domésticas. Se estudió los componentes químicos y microbiológicos del agua de lluvia a partir de diversas muestras recolectadas del techo de las residencias estudiantiles a lo largo del año. Se analizó agua de lluvia filtrada por polipropileno, celulosa, carbón activado y grava arena mediante un análisis completo químico y microbiológico y así se comparó la efectividad de limpieza de cada filtro. Los filtros escogidos para la limpieza del sistema fueron los de carbón activado y grava arena ya que dieron una mejor eficiencia en el filtraje de las aguas llovidas. Para determinar el tamaño de un tanque de abastecimiento, se consideraron los datos de las lluvias de los últimos diez años de la estación meteorológica más cercana a las residencias estudiantiles y el consumo de los últimos cinco años de las mismas. Con los datos se realizó un análisis probabilístico de las lluvias a un 75 %, 85 % y 90 % así como también se tomaron los datos de los últimos cinco años en las residencias para evaluar el consumo con un 85 % de seguridad. Con estos datos y con el área de captación de las residencias (1052 m²) se evaluaron diferentes tamaños de tanques que abastecieran con un 85 % de seguridad el consumo en las residencias estudiantiles. Para el abastecimiento de 139 m³ de agua por semana se propuso colocar cuatro tanques de almacenamiento de 40 m³ de capacidad cada uno. Palabras clave: agua potable, almacenamiento de agua, descontaminación de agua, diseño, filtros, precipitación. ABSTRACT One of the solutions to resolve the problem of scarce drinking water is to take advantage of precipitation. In this study, an integrated system of storage and purification of rainwater was designed, to supply the student residences and avoid the use of drinking water in everyday activities. The chemical and microbiological components of rainwater were studied through analysis of several samples collected from the roof of a student residence, at various times throughout the year. Samples of rainwater were filtered through polypropylene, cellulose, activated carbon, and gravel-sand, and the samples were analyzed for chemical and microbiological properties to determine the effectiveness of each filter for cleaning the water. The filters chosen for the system were the activated carbon and gravel-sand because they were the most efficient for the filtration of the rainwater. To determinate the size of the storage tank, precipitation data for the last ten years (collected at the meteorological station nearest to the student residence) was considered, as well as the water consumption in these buildings in the last five years. This data was used to formulate a probabilistic analysis of the rainfall at 75 %, 85 % 1

Contacto: Jane Yeomans ([email protected])

ISSN: 1659-2751

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and 90 %. In addition, consumption data from the last five years in the students´ buildings was used to evaluate the maximum consumption with an 85 % probability. With these data and the total rainfall collection area in the residence (1052 m2), different tank sizes were evaluated to satisfy, with an 85 % probability, the water consumption of the students throughout the year. To supply the 139 m3 of water used every week by the students, the proposal was to install four tanks of 40 m3 each. Key words: potable water, water storage, water decontamination, design, filters, precipitation. INTRODUCCIÓN El consumo de agua mundial ha ido incrementando exponencialmente con el crecimiento poblacional. Esta demanda de agua será difícil de suplir cerca del año 2030 (FAO, 2001). Hacer frente a la escasez del agua requiere ocuparse de numerosas cuestiones, desde la protección del medio ambiente y el calentamiento global al reparto equitativo del agua para regadío, la industria y el uso doméstico (ONU, 2007). Cuando la demanda de agua excede la disponibilidad local, la sociedad depende de infraestructura que transporte el agua a través de grandes distancias (canales- tuberías) o de la extracción subterránea de agua, siendo esta última una práctica insostenible a través del tiempo (Management…, 2006). El 75 % de la población de Centroamérica se abastece de agua subterránea y el mundo cuenta con únicamente un 2.5 % de agua dulce (Vindas, 2011). El agua subterránea es la fuente de agua que se debería estar reservando para el futuro. Existe una tendencia global para el desarrollo de tecnologías que van dirigidas en pro a un manejo más sustentable del recurso hídrico. Sin embargo, debido al cambio climático que está sufriendo cada superficie de la tierra, constantemente se presentan variaciones en las precipitaciones que según expertos en el tema afirman que se intensificaran a través de los años (ONU, 2007). Una de las soluciones para hacer frente a la escasez de agua potable se refiere al aprovechamiento eficiente de la precipitación pluvial. A pesar de que existen técnicas sobre captación y aprovechamiento del agua de lluvia generadas hace más de 4000 años; éstas no se aplican en forma masiva, lo cual conlleva a la reflexión de que no se ha rescatado y aplicado el conocimiento tradicional (Hernández, 2004). Según Hernández (2004), es posible captar almacenar, purificar y hasta envasar el agua de lluvia. El diseño de un sistema integrado para la recolección de agua llovida es una alternativa para dar aprovechamiento a este recurso hídrico. En zonas como el Caribe costarricense durante la época lluviosa la precipitación es tan alta que excede la capacidad de infiltración y percolación del suelo, lo cual provoca inundaciones dejando muchas veces, a comunidades sin comunicación, electricidad ni agua potable. En estos casos, un sistema de recolección de agua de lluvia resulta ser una gran opción para resolver el problema de contaminación de agua potable superficial y subterránea disponible para estas comunidades. Este estudio investigó la posibilidad de instalar un sistema de captación de agua de lluvia para uso humano, en los dormitorios de la Universidad EARTH. Se utilizaron datos de precipitación provenientes del centro meteorológico ubicado en el campus de la universidad. Con estos datos determinó la oferta de agua de lluvia que tuvo el potencial para ser utilizado en el sistema de recolección integrado. También, el proyecto estudio diferentes métodos para la eliminación de impurezas suspendidas o disueltas en el agua precipitada específicamente con filtros para purificarla al punto de poder utilizarse para uso doméstico, incluyendo el aseo personal.

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MATERIALES Y MÉTODOS El estudio se efectuó en el campus de la Universidad EARTH ubicada en Las Mercedes de Guácimo, Limón, en la región tropical húmeda de la zona Atlántica de Costa Rica. El campus se encuentra entre las coordenadas 10°11’ N y 80°40’ E a una altitud de 50 msnm. Las temperaturas mínimas y máximas promedios son 20 °C y 30 °C, respectivamente. La humedad relativa promedio es de 80 % y el campus recibe una precipitación promedio por año de 3200 mm (Universidad EARTH, 2011). En las residencias estudiantiles existen medidores de consumo de agua en los cuales se registra el consumo diario de los diferentes edificios. Para fines del proyecto se utilizó el consumo diario de agua potable de las remesas de las residencias estudiantiles femeninas, datos del consumo de los últimos cinco años (2005-2011). Los datos se promediaron en consumo semanal y el consumo máximo de una de las residencias para proyectar el gasto de agua en actividades cotidianas de las estudiantes. Estas estimaciones abarcaron actividades diarias como el uso de los inodoros y lavatorios y la limpieza de la residencia, duchas y ropa. La cantidad de agua de lluvia se midió por medio de la estación meteorológica más cercana a las residencias, ubicada al frente del taller de ingeniería mecánica. Se tomaron los datos directamente del sitio electrónico de la estación meteorológica; este sitio actualiza la información semanalmente (Universidad EARTH, 2011). El diseño del sistema de captación de agua de lluvia se debe basar en datos de precipitación mensual de al menos 10 años (UNATSABAR, 2001). Con los datos de la precipitación disponible (2000-2010) se calcularon un análisis probabilístico de tres escenarios posibles de lluvias, de 75 %, 85 % y 90 % de seguridad. Primero se usaron los datos de las aguas llovidas en ese periodo de diez años, por cada semana del año, para calcular el periodo de retorno (tr) de las lluvias con la siguiente fórmula:

(1) Donde: n = número de años m = número de orden del evento Posteriormente se calculó la probabilidad de la ocurrencia de los eventos con la siguiente fórmula:

(2) Donde: P = probabilidad de ocurrencia en los años tr = tiempo de retorno Con estos datos se obtuvo un gráfico por semana del comportamiento pluvial y por cada gráfico elaborado, se realizó una regresión potencial obteniendo una ecuación que describe el

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comportamiento de la precipitación semanal de datos obtenidos de 10 años y procurando que el coeficiente de correlación (R2) obtenido del gráfico diese un valor mayor de 0,8. Una vez obtenida la ecuación de cada semana se sustituyó la variable de probabilidad de un 75 %, 85 % ó 90 %. La turbidez del agua potable fue otro de los factores analizados en las muestras recolectadas durante el estudio. La turbidez es un claro indicador de la calidad de agua por eso se consideró a la hora del análisis de los filtros. Se recolectaron muestras de agua de lluvia provenientes del techo y canoas de la residencia Surá en cuatro ocasiones (14/06/11, 28/06/11, 15/07/11, y 12/10/11) para medir los contaminantes presentes en las mismas. Se realizó un análisis de químico completo para pH, turbidez, DBO5, DQO, PO4-3, NH4+, NO3- y sólidos suspendidos en cada muestra de agua de lluvia. Por otro lado se determinó la presencia directa de microorganismos patógenos en las mismas muestras de agua de lluvia. Esta prueba se realizó mediante la prueba rápida de detección con un luminómetro MVP bioindicator. El luminómetro MVP detecta contaminación al medir adenosin trifosofato (ATP). Esto se utiliza para monitorear y optimizar la efectividad de la limpieza en algunos procesos. El proceso utiliza la enzima luciferasa, la cual es altamente sensitiva al ATP. El ATP se encuentra en todas las bacterias, en las levaduras y en el moho, por lo que al realizar la prueba se determina la presencia de microorganismos dañinos en el agua (Manual luminómetro MVP bioindicator: biocontrol, 2011). Para determinar si el agua después de filtrarse se encuentra dentro de los parámetros en el reglamento de calidad del agua potable se realizó una comparación con el mismo para tener en cuenta si el agua de lluvia puede suplir la demanda completa de consumo en las residencias estudiantiles. El indicador bacteriológico más preciso de contaminación fecal es la Escherichia coli. Los coliformes fecales pueden encontrarse en el sistema de recolección de agua llovida debido a acumulaciones de materia fecal de animales como pájaros o murciélagos que contaminan la superficie de recolección. El área circundante a las residencias estudiantiles tiene árboles cuya copa supera la altura de los techos lo que podría generar presencia de estos animales y por lo tanto existencia de coliformes en el agua. Para el proceso de filtración se analizaron cuatro tipos de filtros utilizando como testigo muestras de agua de lluvia para la comparación de eficiencia de cada uno. Se utilizaron filtros de celulosa, polipropileno, carbón activado y grava arena obtenidos de una ferretería local. Los filtros fueron probados con 500 mL de agua de lluvia cada uno y se realizaron cuatro repeticiones para cada uno de los filtros. En las fechas indicadas se recolectaron 2 L de agua de lluvia. Para cada filtro se destinaron 250 mL para realizar el análisis completo de las muestras después de filtradas. Se tomó en cuenta el tiempo de infiltración de cada uno de los filtros para medir la eficiencia de los mismos dentro del sistema. Al obtener los análisis de agua con los filtros se compararon con los parámetros legales en el reuso del agua y se establecieron las condiciones para las actividades específicas que pueden ser suplidas por agua de lluvia en residencias estudiantiles. Para proyectar el tamaño del tanque a seleccionar se realizó un balance hídrico para ver cuál condición satisface mejor las actividades diarias dentro de las residencias. Para el balance se utilizaron los datos recolectados de cinco años anteriores en las remesas de las residencias estudiantiles así como también la precipitación en los diez años anteriores. Con los valores de lluvia obtenidos se calculó cual es la cantidad de agua en m3 que puede ser sustituida por el sistema y por ende el tamaño adecuado para el tanque de almacenamiento en periodos críticos de

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demanda y oferta de agua. Con la precipitación disponible se realizaron cálculos para definir el tamaño del tanque en tres diferentes condiciones. Se determinó el sistema más adecuado para la instalación de tuberías de descarga, filtros, tanque y el sistema de bombeo como componentes externos e internos del diseño de acuerdo a los análisis del agua, infraestructura de los edificios y el cálculo del balance hídrico como indicador del tamaño del tanque. Se utilizaron los planos de los edificios de residencias estudiantiles para medir el área planimétrica de captación de agua de lluvia efectiva. Por medio de estos planos se determinó el punto medio para instalar el tanque de almacenamiento y el sistema de bombeo de acuerdo a la altura del edificio. Se utilizaron los planos de los edificios como referencia para situar los filtros evaluados y proyectar el funcionamiento de tuberías y desagües para el diseño. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para determinar el consumo de agua en una de las residencias, se utilizaron datos de consumo de los estudiantes a lo largo del año. Se obtuvieron los datos del consumo de las residencias estudiantiles de los últimos cinco años (2005-2011) y se los promediaron en consumo semanal (Figura 1). Se detectó un sesgo en la estimación de los datos cuando uno de los medidores ubicados en las residencias estuvieron dañados desde el 16 de febrero del 2007 hasta el 23 de junio del 2007 (Semana 111 a 129). Durante estas fechas, los medidores reportaron un consumo nulo en las residencias estudiantiles y estos aparecen como datos faltantes en el gráfico (Figura1). 250

Consumo (m3)

200

150

100

50

0 0

52

104

156

208

260

312

Tiempo (semanas)

Figura 1. Consumo semanal en un edificio de residencia estudiantil (2005 a 2011). El consumo semanal en los últimos cinco años por los estudiantes era dentro de una residencia estudiantil con capacidad para 48 personas (Figura 1). El agua potable en las residencias es utilizada para la limpieza semanal del edificio, inodoros, duchas, bebedero y lavatorios, así como también para el cuarto de pilas. A final de cada año (semanas 52-104-156-208-260-312) se dio una disminución del consumo de agua potable en las residencias, debido a los periodos de

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vacaciones donde hay una disminución en la cantidad de personas habitando las residencias. Los picos de consumo en el gráfico tanto máximos como mínimos fueron considerados como sesgos debido a que no siguen la tendencia normal de consumo de agua. Por ejemplo, los encargados de recoger la información comentaron que existieron varios datos mal tomados en los medidores. Por esta razón se eliminaron los datos pico del consumo en las residencias para dar un análisis más conciso. Debido a que los datos promedio del consumo son variables año a año se estima el consumo de las residencias mediante la sumatoria del promedio del consumo más la desviación estándar de los datos del consumo de un edificio durante cinco años (Figura 2). Se utilizó un porcentaje de seguridad de consumo de agua de un 85 %. El comportamiento del consumo según la estimación de seguridad tiene una tendencia mucho más uniforme. La reducción de consumo en periodos de vacaciones (fin de año) y durante la semana 32 que concuerda con la salida de los estudiantes de tercer año a las respectivas pasantías es más demarcada usando estos datos. Al haber una menor población de estudiantes durante el transcurso de los años en este periodo se marca la tendencia en la reducción del consumo. 200

3

Consumo máximo (m )

180 160 140 120 100 80 60 0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

Tiempo (semanas)

Figura 2. Tendencia de consumo semanal de agua en un edificio al año. Con los datos usados para generar la curva en Figura 2, se realizó una sumatoria de la media del consumo más la desviación típica (σ) para obtener un 85 % de seguridad de que el consumo será menor de 139 m3. El promedio de consumo semanal de los datos recolectados durante los cinco años fue de 92 m3 con una desviación típica de 47 m3. Este consumo de agua potable es de alrededor de 414 L diarios por cada estudiante, mientras que lo estimado de consumo por cada ser humano es de 180 L diarios. Este consumo estaba destinado para la limpieza personal, del edificio, uso de inodoros y limpieza de utensilios personales. Para facilidad del proyecto, los datos de lluvia de 10 años se promediaron en precipitación anual usando datos semanales, así como el consumo calculado de una de las residencias para proyectar el gasto de agua en actividades cotidianas de los estudiantes. Se calcularon tres escenarios

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posibles semanales de lluvias, de 75 %, 85 % y 90 % de seguridad en un análisis probabilístico (Figura 3). 600 Consumo 90 % 85 % 75 %

Cantidad de agua (m3)

500

400

300

200

100

0 0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

Tiempo (semanas)

Figura 3. Análisis probabilístico de agua llovida en la Universidad EARTH en diez años. Los mínimos esperados dentro de los análisis de la precipitación a lo largo del año se dan alrededor de la semana 8 hasta la semana 15 del año. Aun y cuando se utilice un porcentaje de seguridad alto para suplir las necesidades de estas semanas la precipitación no da abasto para el consumo de las residencias estudiantiles durante este periodo. Por otro lado durante en la semana 43 hasta la semana 48 se sufre una precipitación mucho mayor al consumo esperado por los estudiantes por lo que esta sería la precipitación máxima esperada, y con estos datos es preferible optar por un sistema de desagüe para que no exceda la capacidad de almacenamiento del tanque. Se manejó un 85 % para el análisis de seguridad en el consumo con los datos obtenidos, para reducir el riesgo de un faltante de agua de lluvia almacenada. Con esta estimación se espera que el consumo de agua en las residencias no supere el agua almacenada dentro del tanque. Se determinó que la mejor probabilidad más conveniente a utilizar para determinar el tamaño del tanque es la del 85 % probabilístico de precipitación ya que abastece en la mayoría de semanas el consumo estimado en las residencias y este porcentaje también representa un porcentaje de riesgo satisfactorio para el diseño. Aun y cuando el 90 % probabilístico también satisface las necesidades de consumo en la mayoría de los casos, se debe tomar en consideración que cuenta con un riesgo menos satisfactorio para el diseño. Esto indica que puede existir una posibilidad mayor a que en más semanas la precipitación no sea la esperada a comparación con el 85 % analizado. Los filtros utilizados de celulosa y polipropileno resultaron poco factibles para el diseño del sistema debido a que los microporos de ambos dificultan la eficiencia del filtraje. Durante las pruebas realizadas el tiempo de filtración del agua superó los dos minutos por cada centímetro cúbico de agua. Los filtros pueden resultar efectivos en un sistema con mayor presión de agua, pero para los fines del sistema diseñado, es necesario que estos tengan mayor capacidad de flujo.

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Debido a la baja velocidad de infiltración, después de la primera prueba se desistió de la utilización de esos filtros con las siguientes muestras. El filtro de carbón activado tuvo buenos resultados en cuanto a rapidez de filtraje del agua por lo que la presión del agua en el sistema será la adecuada y no se causaran tapones que entorpezcan el flujo. Se obtuvieron buenos resultados en cuanto a la rapidez de filtración del filtro de grava arena aun y cuando tuvieron una menor velocidad de infiltración que el filtro de carbón activado. Esto es un buen indicador para el orden en los cuales los filtros se deben colocar dentro del sistema. Se hizo un análisis químico de los efluentes de los filtros de carbón activado y grava arena. Según el análisis de agua obtenido en el laboratorio, la DBO5 y DQO en el efluente del filtro de carbón activado dio un resultado más elevado que el del agua sin ser filtrado (Figura 4). La DBO5 en el filtro de carbón activado aumenta los mg/L de las muestras, lo que no es un buen indicador en la eficiencia de los mismos. Por otro lado el filtro de grava arena redujo considerablemente las partículas presentes en las muestras de agua estos se ven aumentados considerablemente. Analizando la precipitación tres días antes de la toma de la muestra de lluvia se observó una tendencia en la cual, a medida de que la precipitación fue mayor antes de la toma de las muestras, los datos de la DBO5 y de la DQO fueron menores en las muestras sin filtrar (Figura 4). Esto se debe a que el área de captación se lavó los días antes de la muestra presentando menor cantidad de suciedad. En la muestra tomada el 12 de octubre, debido a los altos niveles de precipitación los días anteriores que generan una limpieza en el techo, el agua recolectada no presentó altos niveles de DQO. 70

25 20

Sin filtro Carbón activado Grava arena Precipitación

DBO5

DQO

60 50 40

15 30 10

20

5

Precipitación (mm)

Concentración (mg/L)

30

10 0

0 14 junio

28 junio

15 julio 12 octubre

14 junio

28 junio

15 julio 12 octubre

Muestreo (fecha)

Figura 4. Niveles de DBO5 (izquierda) y DQO (derecha) después de pasar por los filtros (con datos de precipitación tres días antes y después cada fecha). El análisis de DQO presentó un aumento en los mg/L en las muestras del carbón activado. Con el filtro de grava arena, la DQO fue menor para 15 de julio y 12 octubre, comparada a las primeras muestras, debido a la cantidad de lluvia (Figura 4). El resultado con el carbón activado el 15 de julio presentó niveles de DQO menores que en las muestras sin filtrar aunque los días anteriores de esa fecha presentaron un aumento en la precipitación (Figura 4). Este resultado puede ser porque la cantidad de lluvia no fue suficiente para lavar todo el material orgánico acumulado en la zona de captación, provocando un alza en los niveles.

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Debido a que el sistema que se deseaba diseñar no se utilizó cloro para limpiar previamente los materiales escogidos en la construcción del filtro, esto podía haber causado el aumento en el DQO (Figura 4) en la segunda muestra ya que pudo haber presencia de sustancias orgánicas en la grava arena del filtro. El filtro de grava arena debe ser limpiada adecuadamente; con cloro es una de las formas en las que se recomienda su limpieza antes de utilizarlo como un filtro.

Peligroso

Sin filtro Carbón activado Grava arena

Alerta

Bien

Nivel de contaminación microbiana

Con el filtro de carbón activado se redujo los microorganismos presentes en el agua llovida. Sin embargo, no todas las muestras de agua llovida cumplieron satisfactoriamente con el rango establecido por la prueba (Figura 5). En el efluente del filtro de grava arena tiene igual o mayor cantidad de microorganismos presentes que el agua llovida. Al haber mayor cantidad de microorganismos después de la filtración de grava arena no es recomendable utilizar este filtro en el sistema para la eliminación de microorganismos.

14 junio

28 junio

15 julio

12 octubre

Muestreo (fecha)

Figura 5. Nivel de contaminación microbiana. La presencia de ATP en las pruebas indica presencia bacteriana que puede ser altamente perjudicial para la salud del ser humano si el agua del sistema se utiliza para consumo humano. Aunque el filtro de carbón activado sí muestra una reducción en la presencia de los microorganismos en las muestras y estos se encuentran en un rango de presencia microbiana aceptable para el consumo humano según el Ministerio de Salud (1997), se recomienda realizar mayores muestras pluviales ya que a lo largo del año ya que los contaminantes en los techos pueden variar. Existen agentes bactericidas en procesos de limpieza de aguas que no necesariamente son productos químicos como el cloro que pueden representar una alternativa para un sistema de recolección de agua llovida, como por ejemplo la luz ultravioleta. La colocación de una luz ultravioleta al final del sistema que funcione como bactericida puede reducir significativamente el nivel de contaminación microbiana, por lo que se recomienda se analicen a fondo posibilidades como ésta. La implementación del tanque es la parte más costosa del sistema por lo que es preciso especificar el tamaño del tanque que vaya a suplir las necesidades propias del sistema. En un

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lugar donde existe una precipitación constante a lo largo del año no es necesaria la implementación de un tanque de almacenamiento de un gran tamaño, ya que la constante descarga de precipitación podrá suplir las necesidades de consumo sin la necesidad de un almacenaje de periodos prolongados. Para definir el tamaño del tanque de almacenamiento del sistema fue necesario tomar tres variables en cuenta, el consumo de agua en las residencias (2005-2010), la precipitación disponible (2000-2010) y el área de captación (techos de las residencias). La precipitación disponible se realizó tres escenarios posibles para poder definir el tamaño del tanque en tres diferentes condiciones de lluvias, con 75 %, con 85 % y 90 % de seguridad. Con estos porcentajes se evaluó la frecuencia de la precipitación anual y analizó cuál de éstas era la que mejor satisface las necesidades del diseño. Las diferentes condiciones de lluvias fueron evaluadas para conocer los metros cúbicos de precipitación captables por el techo de las residencias, con un área de 1052 m3. A la vez se evaluaron dos tamaños de tanques diferentes, de 139 m3 y de 160 m3, en el balance hídrico. Los datos semanales de la precipitación fueron evaluados para evaluar cuál sería el tamaño del tanque adecuado para abastecer utilizados semanalmente en residencias. Primero se calcularon los metros cúbicos captables según en el análisis probabilístico (Cuadro 1). Después, con base en el consumo, a la disponibilidad de agua de lluvia y al área del techo, se proyectó el tamaño del tanque de almacenamiento. Así con los datos obtenidos se determinó cual tamaño del tanque puede llegar a suplir la demanda de agua estimada anteriormente. Cuadro 1. Proyección del tamaño del tanque de almacenamiento. Tamaño del Tanque (m3) Probabilidad (%) Agua Captable (m³)

Déficit (m³)

139

75

6754

1009

160

75

6754

989

139

85

8522

339

160

85

8522

299

139

90

9516

186

Al evaluar las posibilidades de tanques de almacenamiento se optó por almacenar 160 m3 de agua debido a que es el almacenamiento que mejor suple las necesidades de los estudiantes. Un tanque de almacenamiento que acumule esta cantidad de agua pluvial no solo es una construcción muy grande que llevaría a costos elevados sino también representa un peso muy elevado para que este sea colocado en las alturas de la edificación de las residencias. Por lo tanto se dividió el agua que se desea almacenar en cuatro tanques, cada uno contando con una capacidad de 40 m3. Las dimensiones de cada tanque serían de 4 m de largo por 3 m de ancho y 4 m de altura. Éste daría un tanque de una capacidad de 48 m3, una altura necesaria para tener un espacio donde puede colocar la tubería de evacuación para excedentes y para que quepan los filtros. Asumiendo que cada bajante cuenta con el mismo caudal, cada uno de los tanques contará con la misma cantidad de bajantes o canoas para la carga del mismo. Estos estarán a una altura de 3 m (en medio de los dos pisos de las residencias) por lo que se podrán mover las aguas de lluvia en

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el sistema por medio de gravedad. Para la facilidad de filtración y un diseño más sencillo se colocarán los filtros dentro de cada tanque. Los edificios cuentan actualmente con 24 bajantes, que se utilizaran para la conducción del agua pluvial hacia los tanques. Los tanques contaran con seis bajantes que suplirán equitativamente a cada uno. Estos estarán colocados en las paredes del edificio (Figura 6) a una altura de 3 m del suelo. Los bajantes cuentan con una altura de 5,5 m del suelo hasta el techo, por lo que un tanque a una altura de 3 metros da suficiente espacio para que el agua baje por los canales sin que existan problemas de rebalse del agua. Los cuatro tanques se situaron en el diseño en cuatro partes distintas del edificio. El tanque A se encuentra situado a 15 m del inicio del edificio justo detrás del área de los baños y el tanque B se sitúa a 15 m del final del edificio atrás del segundo baño, facilitando el movimiento del agua de los tanque a los baños con esta ubicación. El tanque C se encuentra en los 28 m del inicio del edificio y el tanque D se encuentra a los 28 m del final del edificio (Figura 6). Cada uno contara internamente con filtros que eliminen las partículas contaminantes tomadas del área de captación y canoas. Se estima que cada bajante contará con el mismo caudal por lo que cada tanque aunque ubicado en diferentes lugares de la estructura de las residencias contarán con el mismo caudal para su llenado.

Figura 6. Ubicación de los cuatro tanques en el edificio. Para el procedimiento de bombeo del sistema, se propuso en una bomba de agua para bajos caudales, impulsada no por un motor eléctrico sino por una turbina de gas conectada por un eje. El gas metano, proveniente del biodigestor, puede impulsar a un rodete, moviendo de esta forma un eje. El eje genera un efecto giratorio que produce una fuerza aplicada al rodete de la bomba, moviendo el agua y generando una alta presión en el sistema. De esta manera se puede impulsar el agua sin utilizar energía eléctrica, y a la vez utilizar el sistema de biodigestor cerrando el sistema. El gas que sale de la carcasa de la turbina puede ser utilizado nuevamente por otro fin, evitando que se pierda el gas metano y este sea utilizado en más de una actividad.

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Otra posibilidad para el movimiento de la turbina seria la colocación de paneles solares y baterías que guarden esa energía solar en caso de faltante de luz solar para el movimiento del sistema. En caso de que la gravedad no fuera suficiente para el movimiento del agua al sistema es necesaria la implementación de medidas similares para lograr un buen funcionamiento en las residencias. CONCLUSIONES Los resultados de la investigación muestran el tamaño del tanque de recolección, el consumo en las residencias estudiantiles de acuerdo a las actividades en el uso del agua no potable permitidas así como el agua de lluvia disponible en el sistema para satisfacerlas. El tamaño de los tanque se recolección fue de 48 m3 cada uno, con un sistema que evite que cada tanque sobrepase el 40 m 3 recolectados y otro que en caso de falta de lluvia supla con agua potable para satisfacer las necesidades de los estudiantes. Por otro lado, cada tanque cuenta con un sistema de filtración eficiente que elimina microorganismos y macro elementos, pero se necesitan otros mecanismos para lograr que el agua pluvial sea potable para el consumo humano. AGRADECIMIENTOS Este estudio se pudo realizar gracias al financiamiento brindado por la Administración Académica y la Unidad de Investigación de la Universidad EARTH, Guácimo, Costa Rica. LITERATURA CITADA FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación). 2001. Sistemas de producción agropecuaria y pobreza [en línea] [consultado 18 febrero 2011]. Disponible en el World Wide Web: . Hernández, F. 2004. Captación de agua de lluvia como alternativa para afrontar la escasez del recurso [en línea]. México (MX) [consultado 22 marzo 2011]. Disponible en el World Wide Web: . Management responses and stewartship. 2006. In Water: a shared responsibility. Paris (FR) : UNESCO. p. 336-431. ISBN 92-3-104006-5. Manual luminómetro MVP bioindicator: biocontrol. 2011. [en línea] [consultado 26 octubre 2011]. Disponible en el World Wide Web: . Ministerio de Salud (Costa Rica). 1997. Reglamento para la calidad del agua potable. Decreto Ejecutivo No. 25991-S. La Gaceta, 27 mayo, p. 13. ONU (Organización de las Naciones Unidas) 2007. La agricultura, clave para frenar la escasez de agua en todo el mundo. Revista Estaraldia [en línea] [consultado 18 febrero 2011]. Disponible en el World Wide Web: . UNATSABAR (Unidad de apoyo Técnico en Saneamiento Básico Rural, PE) 2001. Guía de diseño para captación de agua de lluvia [en línea]. Lima (PE). [consultado 3 abril 2011]. Disponible en el World Wide Web: .

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