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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUA PLUVIAL
EN LA UNIDAD TERRITORIAL PARAJE SAN JUAN, DELEGACIÓN
IZTAPALAPA”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
P R E S E N T A:
ISAAC REA ZAFRA
ASESOR: DR. HÉCTOR F. MARTÍNEZ FRÍAS
México D.F. Junio 2013
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIIVIIENTO ACADÉIVIICO
SECRETARIA DE
EDUCACiÓN PUBLICA
México, D. F., 04 de junio del 2013. T·069·13
Al C. Pasante: ISAAC REA ZAFRA Juan Guardiola No. 130 Paraje San Juan Iztapalapa México, D.F. C.P. 09830
2Boleta:
009320534 Carrera:
/Q/ Generación: 2008·2012
Mediante el presente se hace de su conocimiento que este Departamento acepta que el
C. Dr. Héctor F. Martínez Frías, sea orientador en el tema que propone usted desarrollar como prueba
escrita en la opción Tesis Individual, con el título y contenido siguiente:
"Sistema de captación y aprovechamiento de agua pluvial en la unidad territorial paraje San Juan, delegación Iztapalapa".
Resumen. Introducción.
1. - Generalidades sobre sistemas de captación de agua.
11.- Consideraciones técnicas sobre sistemas de captación de agua pluvial.
111 .- Estimación del área y volúmenes potenciales de captación.
IV.- Selección y especificación de las instalaciones y equipos.
V.- Estimaciones preliminares de inversión y costos de operación . Conclusiones. Bibliograffa. Anexos.
a o máximo de un año, a partir de esta fecha, para presenta
rtíñez Frias Presid e de la Academia de Economia Industrial
Lic. Guillermo Albert Jefe del Departamento
Seguimiento Acadé c. c. p.- Control Escolar. GATA/ams
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO SECRETARiA
DE EDUCACiÓN PUBLICA
T·069·13 México, D. F. , 20 de junio del 2013.
Al C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación: ISAAC REA ZAFRA 2009320534 IQI 2008·2012 PRESENTE
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el
borrador de la modalidad de titulación correspondiente, denominado:
"Sistema de captación y aprovechamiento de agua pluvial en la unidad territorial paraje San Juan, delegación Iztapalapa".
encontramos que el citado Trabajo de Tesis Individual, reúne los requisitos para autorizar el Examen
Profesional y PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las
indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron.
Atentamente
~~ Ing. José de Jesús Bernabé Juárez M. en C. Adolfo Sa/daña Pedroza
Vocal Secretario
c.c.p.- Expediente GATA/rcr
iv
AGRADECIMIENTOS
A dios que siempre estuvo en mi camino y me hizo tal y como soy y quien
sin su ayuda no habría trascendido en esta etapa de mi vida.
A mi madre quien me dio la vida y es un ejemplo a seguir por su coraje y
valentía al tomar las riendas de mi vida y la de mis hermanos para hacernos
hombres y mujeres honestos y con principios, que además, siempre me
apoyo incondicionalmente a lo largo de mi vida.
A mis hermanos por su apoyo y amistad y en especial a mi hermana por
aconsejarme cuando necesitaba de alguien.
Al Dr. Héctor F. Martínez Frías quien me guió y aconsejo en esta preciada
etapa de mi vida y que sin su sabiduría, el presente trabajo no se habría
conducido de la mejor manera.
A todos los profesores que estuvieron presentes en mi formación y
aportaron de sus conocimientos para la realización de este trabajo.
A mis amigos que estuvieron conmigo en las buenas y las malas y con
quienes compartí estos años tan gloriosos de universidad.
A mi novia quien siempre me apoyo y me alentó a seguir adelante siempre
y contra cualquier adversidad.
v
RECONOCIMIENTOS
Al Instituto Politécnico Nacional por la oportunidad que se me otorgó de
estudiar en esta prestigiada institución.
A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas que
me ha dado la formación profesional de la que gozo y plasmo en este
trabajo.
A la planta purificadora Neiva Plus por confiar en mí y proporcionarme
información valiosa.
vi
ÍNDICE RESUMEN .....................................................................................................................................................11
INTRODUCCIÓN. ...........................................................................................................................................12
I. GENERALIDADES SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA .............................................................13
1.1 Antecedentes históricos .....................................................................................................................13
1.2 Problema hídrico ................................................................................................................................14
1.2.1 Abasto de agua a la población ....................................................................................................14
1.2.2 Problemática del agua en el mundo ...........................................................................................18
1.2.3 Impacto global del desabasto hídrico .........................................................................................19
1.2.4 Situación en México ....................................................................................................................19
1.3 Ciclo hidrológico .................................................................................................................................21
1.4 Precipitación en México .....................................................................................................................22
1.4.1 Clima en Iztapalapa .....................................................................................................................23
1.4.2. Recuperación del agua de lluvia .................................................................................................24
1.5 Paraje San Juan...................................................................................................................................26
1.6 Beneficios de los sistemas de captación de agua ..............................................................................26
II. CONSIDERACIONES TÉCNICAS SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA PLUVIAL..........................29
2.1 Superficie de captación. .....................................................................................................................30
2.2 Canaletas y bajantes/conductos ........................................................................................................32
2.3 Rejillas y desviadores de la primera descarga ....................................................................................36
2.4 Sistema de almacenamiento ..............................................................................................................38
2.4.1 Sedimentador ..............................................................................................................................38
2.4.2 Cisternas ......................................................................................................................................39
2.5 Contaminantes del agua de lluvia ......................................................................................................42
2.5.1. Ozono (O3) ..................................................................................................................................43
2.5.2. Dióxido de Nitrógeno (NO2) .......................................................................................................44
2.5.3. Monóxido de Carbono (CO) .......................................................................................................45
2.5.4. Dióxido de Azufre (SO2) ..............................................................................................................46
2.5.5 Partículas suspendidas (PM) .......................................................................................................48
2.5.6 Plomo (Pb) ...................................................................................................................................50
vii
2.5.7 Composición química del agua de lluvia .....................................................................................50
2.6 Métodos de tratamiento de agua ......................................................................................................52
2.6.1 Tratamientos físicos ....................................................................................................................52
2.6.2 Tratamientos químicos ................................................................................................................54
III. ESTIMACIÓN DEL ÁREA Y LOS VOLÚMENES POTENCIALES DE CAPTACIÓN.....................................57
3.1 Potencial de captación .......................................................................................................................57
3.2 Volumen de agua captado en la superficie prototipo ........................................................................58
3.3 Caudal de escurrimiento y tuberías ...................................................................................................60
3.4.1 Bajantes y desviadores de primera descarga ..............................................................................61
3.4 Sedimentador .....................................................................................................................................61
3.5 Capacidad de purificación ..................................................................................................................62
IV. SELECCIÓN Y ESPECIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS ................................................63
4.1. Rejillas ...............................................................................................................................................63
4.2 Tubería de conducción .......................................................................................................................64
4.3 Bajante y desviador de primeras descargas .......................................................................................67
4.4 Dimensiones optimas del sistema de almacenamiento .....................................................................68
4.4.1 Sedimentador ..............................................................................................................................68
4.4.2 Cisterna de almacenamiento previo al tratamiento ...................................................................70
4.4.3 Recipientes de almacenamiento de agua purificada. .................................................................71
4.5 Sistema de purificación ......................................................................................................................72
4.5.1 Especificación y mantenimiento de equipos de purificación ......................................................74
V. ESTIMACIONES PRELIMINARES DE INVERSIÓN Y COSTOS DE OPERACIÓN ..........................................78
5.1 Costos de adquisición .........................................................................................................................78
5.1.1 Rejilla de filtración .......................................................................................................................78
5.1.2 Tubería y accesorios ....................................................................................................................78
5.1.3 Almacenamiento .........................................................................................................................79
5.1.4 Planta purificadora de agua ........................................................................................................80
5.1.5 Inversión fija ................................................................................................................................80
5.3 Costos de operación ...........................................................................................................................82
5.3.1 Costos variables de operación ....................................................................................................82
5.3.2 Cargos fijos de inversión .............................................................................................................87
viii
5.3.3 Cargos fijos de operación ............................................................................................................88
5.3.4 Gastos generales .........................................................................................................................88
5.3.4 Egresos totales ............................................................................................................................89
5.4 Presupuesto de utilidades ..................................................................................................................89
CONCLUSIONES ............................................................................................................................................91
BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................................................................92
ANEXOS ........................................................................................................................................................96
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
1. MAPA DE LA CIUDAD MAYA DE TIKAL DONDE SE MUESTRA LA PRESA DONDE SE HACÍA LLEGAR EL AGUA DE LLUVIA
QUE ERA COLECTADA .................................................................................................................... 14
2. CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN EN EL DISTRITO FEDERAL Y LA ZONA METROPOLITANA DEL VALLE DE MÉXICO. .. 16
3. FUENTES DE SUMINISTRO DE AGUA A LA CIUDAD DE MÉXICO ................................................................... 17
4 EXTRACCIÓN DE AGUA EN MANTOS FREÁTICOS (UN-HABITAT, 2005A). ................................................... 19
5. CICLO HIDROLÓGICO ........................................................................................................................ 22
6. MAPA DE PRECIPITACIÓN PROMEDIO ANUAL DEL DISTRITO FEDERAL. ....................................................... 24
7. DESARROLLO URBANO EN EL MUNDO .................................................................................................. 25
8. SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA EN CASA HABITACIÓN. ......................................................................... 30
9. TECHOS DE CONCRETO CON RECUBRIMIENTOS DE IMPERMEABILIZANTE EN IZTAPALAPA, ................................ 31
10. TUBERÍAS MEDIANTE LAS CUALES SE DESHACEN DEL AGUA DE LLUVIA LOS TECHOS DE LAS CASAS EN LA CIUDAD DE
MÉXICO. .................................................................................................................................... 33
11. REJILLAS DE ALUMINIO PARA FILTRAR MATERIAL DE DESECHO. ................................................................ 36
12. DISPOSITIVO DESVIADOR DE LA PRIMERA DESCARGA. ............................................................................ 37
13. SEDIMENTADOR PARA SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA. ........................................................ 39
14. CONCENTRACIONES DE OZONO EN PARTES POR BILLÓN (PPB) A 1H DESDE 1988 HASTA 2012. ..................... 44
15. CONCENTRACIONES DE NO2 EN LA ATMOSFERA DE LA CIUDAD DE MÉXICO DESDE 1988 A 2012.................. 45
16. CONCENTRACIONES DE SO2 EN LA CIUDAD DE MÉXICO CON PARÁMETROS ACTUALIZADOS. .......................... 47
17. CONCENTRACIONES DE SO2 EN LA CIUDAD DE MÉXICO DESDE 1986 HASTA 2010. ................................... 47
18. CONCENTRACIONES DE PST EN AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ............................................................. 49
19. CONCENTRACIONES DE PM10 EN EL AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ...................................................... 49
20. CONCENTRACIONES DE PM2.5 EN EL AIRE DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ...................................................... 49
21. CONCENTRACIONES DE PB EN LA ATMOSFERA DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ................................................. 50
22. POTENCIAL DE HIDROGENO DEL AGUA DE LLUVIA DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ............................................. 51
23. LOCALIZACIÓN DEL PREDIO DONDE SE ENCONTRARÁN LAS INSTALACIONES DEL SISTEMA DE PURIFICACIÓN Y
CAPACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA. ..................................................................................................... 63
24. DIVISIÓN DEL PERÍMETRO DE LA MANZANA EN DOS Y LOCALIZACIÓN DE LOS SENTIDOS DE LOS CONDUCTOS. ..... 66
25. BAJANTES, DESVIADORES DE LA PRIMERA DESCARGA Y CONDUCTO HACIA EL SEDIMENTADOR. ....................... 68
26.DIMENSIONES ÓPTIMAS DEL SEDIMENTADOR Y DE SU INSTALACIÓN EN EL SUBSUELO. ................................... 69
27. ISOMÉTRICO DE LA CISTERNA DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA CON CAPACIDAD DE 45 M3. ...... 71
28. BOCETO DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO PREVIO AL TRATAMIENTO. ................................................... 71
29. DIAGRAMA DE PROCESO DE PURIFICACIÓN DE AGUA DE LA EMPRESA GRUPO AGUA. ................................... 77
30. DIAGRAMA DE MOODY. ................................................................................................................. 96
x
ÍNDICE DE TABLAS
1. COEFICIENTES DE ESCURRIMIENTO DE DISTINTOS MATERIALES................................................................... 32
2. CALCULO DE LA CANTIDAD DE AGUA CAPTADA DEBIDO AL ÁREA DE CAPTACIÓN ............................................ 42
3. CALCULO DEL VOLUMEN ÓPTIMO DE ALMACENAMIENTO, PARA LA MANZANA CONSIDERADA PROTOTIPO. ......... 59
4. APROXIMACIONES SUCESIVAS PARA OBTENER EL DIÁMETRO MÍNIMO. ........................................................ 61
5. RESULTADOS DEL ALGORITMO DE CÁLCULO PARA OBTENER EL DIÁMETRO MÍNIMO DE LA TUBERÍA POR TRAMO. .. 65
6. CANTIDAD MÍNIMA DE ACCESORIOS NECESARIOS POR MANZANA. .............................................................. 67
7. CONCENTRACIONES DE CONTAMINANTES EN EL AGUA DE LLUVIA Y SUS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES ............ 73
8. LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CARACTERÍSTICAS BACTERIOLÓGICAS SEGÚN LA NOM-027-SSA1-1994. ... 73
9. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ORGANOLÉPTICAS DEL AGUA PURIFICADA SEGÚN LA NOM-027-SSA1-1994. ....... 74
10. COSTOS DE ADQUISICIÓN E INSTALACIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS. ...................................................... 79
11. COSTOS DE ADQUISICIÓN E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO. .......................................... 80
12. TARIFAS DEL SERVICIO ELÉCTRICO DE CFE. .......................................................................................... 85
13. LISTA DE PRECIOS PARA CONSUMIBLES DE FILTROS. ............................................................................... 86
14. MEDIDAS PARA LA EXCAVACIÓN E INSTALACIÓN DE LAS CISTERNAS ROTOPLAS SEGÚN SU TAMAÑO. ................ 97
11
RESUMEN
El agua es sin duda uno de los más preciados bienes que la naturaleza otorga a todos los habitantes de este planeta, toda vez que la vida depende de su disponibilidad en cantidades adecuadas no solamente para la supervivencia de las especies sino también para su bienestar y confort.
En ninguna de las ciudades de la república mexicana existe una cultura generalizada de cuidado del agua y su empleo es irracional, con un elevado desperdicio cotidiano, de manera que sin importar el costo del agua que se distribuye en la red municipal, la mayoría de las familias la malgasta.
Tampoco existe un uso generalizado de dispositivos para colectar el agua de lluvia y en consecuencia no se aprovecha porque se carece de cárcamos o recipientes para su almacenamiento previo a un tratamiento.
Con base en la información disponible de la unidad territorial denominada Paraje San Juan de la Delegación Iztapalapa con un área aproximada de 583,000 m2, y que cuenta con una población aproximada de 12,000 habitantes, se desarrolla el presente proyecto, a fin de buscar una alternativa de solución al desabasto de agua en los últimos años, debido a la escasez en las fuentes de donde se distribuye, en especial los escasos volúmenes destinados a esta zona de la ciudad, provenientes del sistema Cutzamala.
El capítulo I de esta Tesis presenta las generalidades sobre sistemas de captación de agua que se emplean en diversas localidades para entrar a las consideraciones técnicas sobre dichos sistemas en el capítulo II.
En el capítulo III se estiman los volúmenes potenciales de captación del agua de lluvia con base en la información de la unidad territorial paraje san juan, así como las capacidades de almacenamiento que se requerirán para abastecer a las viviendas de la manzana en estudio y se presentan los gastos volumétricos que circularán por las tuberías.
El capítulo IV contiene la selección y especificaciones de las instalaciones y los equipos, incluyendo las tuberías de captación, la cisterna de almacenamiento del agua previo a su tratamiento, los mecanismos para llevar a cabo su tratamiento, se procede a la selección de los proveedores nacionales que suministrarían los equipos y sus accesorios.
El capítulo V contiene las estimaciones preliminares de inversión y costos de operación de manera que se tenga una buena apreciación de los requerimientos en cada caso.
Finalmente se presentan las conclusiones del estudio, que establecen con claridad la factibilidad técnico-económica del proyecto bajo estudio.
12
INTRODUCCIÓN.
Es ampliamente reconocida la importancia del agua como un bien esencial para la vida de los humanos y todos los seres vivientes, así como para numerosas actividades económicas que van desde el cultivo de especies botánicas hasta su procesamiento y transformación para darles mayor vida útil. Toda el agua, independientemente de su origen requiere de tratamientos de diversa índole para hacerla potable y útil para las actividades industriales.
Desafortunadamente en México todavía no existe una cultura generalizada para un uso racional que permita no solamente economizarla en las actividades diarias, sino también aprovecharla a través de un reciclaje racional.
Adicionalmente el agua de lluvia aún no se colecta y aprovecha porque se carece de las instalaciones para su almacenamiento, potabilización y distribución a los usuarios potenciales.
La unidad territorial Paraje San Juan de la Delegación Iztapalapa está delimitada por las avenidas San Lorenzo, Puente Ramírez, Camino Viejo Real a San Francisco y El Rosal, y por las calles Priv. Santa Cruz, Amapola, Azucena, José M. Anzorena, Clavelina y Gardenia representando un área aproximada de 583,000 m2, que cuenta con una población aproximada de 12,000 habitantes y ha sufrido durante varios años un desabasto de agua debido a la escasez en las fuentes de donde se distribuye, en especial los escasos volúmenes destinados a esta zona de la ciudad, provenientes del sistema Cutzamala.
El agua que se abastece se utiliza para diversos propósitos en el hogar y aunque la calidad del agua no siempre es buena, se llega a utilizar en la preparación de alimentos y hasta para beber, pudiendo causar daños a la salud de los habitantes; por ello se ha explotado el mercado de la purificación de agua económica habiendo mucha competencia en el medio.
Con base en lo anterior, se propone realizar un proyecto para el diseño de un sistema de captación y purificación de agua de lluvia que beneficie a los habitantes de la unidad territorial Paraje San Juan, aprovechando el alto potencial que ofrece su superficie efectiva y de esa manera mitigar al máximo el problema de abasto y contaminación del vital líquido.
Tomando en consideración, por una parte la escasez de agua potable para consumo doméstico y por otra parte el potencial que representa el acopio de agua de lluvia, se ha considerado el diseño de un sistema de captación y tratamiento de agua pluvial, por lo que se han establecido como objetivos particulares de la presente Tesis los siguientes:
1) Estimar el volumen de agua que podría captarse en el área del Paraje San Juan.
2) Realizar una estimación del tamaño más apropiado para las instalaciones de la cisterna de almacenamiento en una unidad prototipo y de los equipos de tratamiento.
3) Diseñar las instalaciones para el almacenamiento del agua una vez potabilizada.
4) Desarrollar la integración de equipos y unidades complementarias, con base en la ingeniería del proyecto, incluyendo los requerimientos de servicios auxiliares.
5) Efectuar las estimaciones de inversión y costos de operación para el proyecto.
13
I. GENERALIDADES SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUA
La captación de agua de lluvia es la recolección, transporte y almacenamiento de dicha agua
que cae sobre una superficie de manera natural o contenida por el hombre. Las superficies que
captan el agua en las ciudades pueden ser techos de casas y edificios, techumbres de almacenes
y de tiendas, explanadas, etc. (Adler, et al., 2008). El agua proveniente del sistema de captación
puede tener diversos usos dependiendo del tratamiento que se le dé para un aprovechamiento.
Existen dos principales técnicas para la captación de agua de lluvia:
a) Almacenar el agua en la superficie para un uso posterior.
b) Recargar el manto freático.
El agua de lluvia captada directamente puede ser utilizada para el uso doméstico en diversos
usos no potables, o bien puede abastecer de manera artificial el subsuelo (Bhattacharya & Rane,
2003).
1.1 Antecedentes históricos
La captación de agua de lluvia para uso doméstico data de hace ya varios siglos. Los diseños de
las casas construidas en el imperio romano en la época del emperador Galerio (305-311 años
d.c) ya tenían incluido un sistema de captación de agua y una cisterna para el almacenamiento
de agua de uso doméstico.
Otro caso de estos sistemas se observa en el palacio de Knossos (1710 a.c) en Creta, en donde
se han encontrado sofisticados sistemas de captación de agua de lluvia, mediante la utilización
de los techos y la construcción de cisternas (Anaya, 1998).
Inclusive los antiguos mayas recolectaban prácticamente toda el agua que caía del cielo sobre la
ciudad de Tikal (Figura 1). El agua que caía sobre el suelo, techos y demás territorio en las
ciudades, era canalizada hacia una presa que se construyó hace más de 1,500 años y que lleva
por nombre “Palacio de presa”.
14
Figura 1. Mapa de la ciudad maya de Tikal donde se muestra la presa donde se hacía llegar el agua de lluvia que era colectada1
La captación del agua de lluvia es un medio tan antiguo de abastecimiento de agua que perdió
importancia a partir del rápido crecimiento de las urbes y cuando los avances tecnológicos
permitieron introducir el agua por medio de tuberías en nuestros domicilios (Caballero, 2006).
1.2 Problema hídrico
1.2.1 Abasto de agua a la población
Hoy en día en el mundo el agua se abastece a las ciudades gracias a las obras de infraestructura
y distribución realizadas por las instancias gubernamentales o particulares que ofrecen el
servicio y se distribuye por medio de tuberías hacia las casas y edificios, siendo de diversas
fuentes el agua que se suministra. El agua que se distribuye proviene principalmente:
a) Lagos y ríos. Generalmente son entubados o se construyen presas de gran magnitud
para que sean suficientes para abastecer del vital líquido a las ciudades. El uso de estas
fuentes requiere de grandes inversiones y obras de ingeniería de gran envergadura para
poder llevar el agua a cada hogar de las ciudades beneficiadas.
1 Información e imagen obtenidas del portal: http://esmateria.com/2012/07/16/hallan-la-mayor-presa-construida-
por-los-mayas/
15
b) Extracción de agua de pozos. Esta fuente de abastecimiento es la más común en el
mundo y se obtiene por medio de la excavación de pozos que llegan a mantos acuíferos,
de los cuales se extrae el agua para ser distribuida a las ciudades o a comunidades
rurales.
c) Desalinización del agua de mar. Este método no es muy utilizado por su elevado costo
de operación, pero en países donde carecen de otro medio de abastecimiento suficiente
y más económico ya se utiliza, tal es el caso de las islas canarias y algunas ciudades de la
costa mediterránea. En el mundo alrededor de dos terceras partes del agua que se
obtiene por desalinización, se produce en Arabia Saudita, Emiratos Árabes Unidos y
otros países del medio oriente y del norte de África (Basáñez, 2007). Hoy en día también
se recurre a un método muy novedoso de desalinización de agua, la Osmosis inversa,
donde desalar 1 m3 de agua cuesta medio euro pero la inversión para establecer una
planta es muy grande (SACM, 2012).
d) Tratamiento de aguas residuales. Este tratamiento es otra forma de abastecimiento de
agua pero resulta muy costosa y se utiliza para fines muy específicos, es muy difícil que
se llegue a una potabilización completa de este tipo de aguas.
e) Captación de agua de lluvia. Es un método muy antiguo pero en la actualidad muy poco
empleado. La utilización de estos sistemas queda en manos de particulares o edificios
gubernamentales y la utilizan para su propio beneficio. Es cierto que se han
implementado pozos de captación de agua de lluvia para la recarga de mantos freáticos
en todo el mundo, pero resultan poco eficientes ya que se extrae más de lo que se
introduce y tarde o temprano el agua se acabará.
Los beneficios obtenidos de la distribución por parte de las instancias gubernamentales son
grandes para los habitantes de las urbes, pero en las zonas rurales el panorama es muy
diferente ya que la distancia entre una casa y otra imposibilita tener un sistema eficiente de
suministro de agua y de allí la importancia de un sistema alternativo de suministro de agua.
1.2.1.1 Demanda y suministro en la Ciudad de México
En la ciudad de México el organismo encargado del abasto del agua es el SACM (Sistema de
Aguas de la Ciudad de México), también se encarga de gestionar el drenaje, alcantarillado y el
tratamiento y reúso de aguas residuales en la capital del país.
La demanda de agua en la zona metropolitana de la Ciudad de México ha tenido un incremento
sostenido, particularmente por el crecimiento de la población en el Estado de México, ya que a
partir de 1980 la población en el Distrito Federal se ha estabilizado (Figura 2). Adicionalmente, la
16
demanda de agua ha crecido por el desarrollo industrial, comercial y de servicios asentados en
esa zona (SACM, 2012).
Figura 2. Crecimiento de la población en el Distrito Federal y la zona Metropolitana del valle de México2.
La disponibilidad natural de agua en esta gran urbe es del orden de 512.80 mm3/año3 de aguas
subterráneas y de 297.11 mm3/año de aguas superficiales. Con una población de 8’851,080
habitantes, el estrés hídrico resulta de 91.50 m3/hab por año, la más baja de todo el país,
incluida la cuenca del Valle de México, cuyo estrés hídrico es de 161 m3 /hab por año. No
obstante que el Distrito Federal ocupa sólo el 0.08% del territorio nacional y concentra el 17.7%
del Producto Interno Bruto (SACM, 2012).
El abastecimiento de agua potable para el Distrito Federal asciende a 31.2 m3/s, de los cuales 9
m3/s provienen del sistema Cutzamala y 4 m3/s del Lerma, 1 m3/s de los manantiales del
Distrito Federal y 13.6 m3/s de pozos que extraen agua del acuífero superior de la Ciudad de
México. No obstante, existe un déficit de 1.7 m3/s, debido al crecimiento demográfico,
particularmente en las delegaciones Tláhuac, Xochimilco, Cuajimalpa, Tlalpan e Iztapalapa, las
2 Crecimiento de la población en el valle de México según SACM.
3 mm
3 = miles de metros cúbicos.
17
condiciones de la infraestructura hidráulica y la situación geográfica o legal de algunos
asentamientos (Figura 3) (SACM, 2012).
Figura 3. Fuentes de suministro de agua a la Ciudad de México4
Si se hace un contraste entre los beneficios del suministro de agua en una urbe como la Ciudad
de México y un área rural, se puede observar un abismo muy grande puesto que en la urbe el
costo del agua es bajo mientras que en las comunidades rurales su precio suele ser elevado por
el alto costo que implica la infraestructura y el mantenimiento periódico que debe dársele.
En muchos lugares del mundo con alta o media precipitación y en donde no se dispone de agua
en cantidad y calidad necesaria para consumo humano, se recurre al agua de lluvia como fuente
de abastecimiento (UNATSABAR, 2001).
4 Fuente: http://www.sacmex.df.gob.mx
18
Tomando en cuenta este aspecto y sabiendo que el agua de lluvia cae del cielo sin implicar costo
alguno aparte de la inversión inicial, se puede inferir que un sistema que capte el agua que
precipita debe resultar en un gran beneficio tanto para una urbe como para una zona rural.
1.2.2 Problemática del agua en el mundo
La población mundial se ha duplicado a partir de 1950 y ha alcanzado 7 mil millones de personas
en 2012. Las proyecciones de población más recientes según las Naciones Unidas, indican que
en un escenario de fecundidad media, la población mundial podría alcanzar un máximo de
alrededor de 8.9 mil millones en 2050 (UN-HABITAT, 2005a), esto implica que de no tomar
medidas preventivas de los problemas que la humanidad enfrenta hoy en día, en unos años se
agravarán seriamente.
Además, el rápido crecimiento de la población aunado a la industrialización de los países en
desarrollo, la urbanización y la intensificación de la agricultura está resultando en una crisis
mundial de agua. En el año 2000, por lo menos 1.1 billones de personas en el mundo, no
tuvieron acceso a agua de potable (UN-HABITAT, 2005a).
A consecuencia de esto, los mantos freáticos han ido desapareciendo o su nivel ha bajado
considerablemente y de no atender este problema, en unos años los habitantes de las urbes
sufrirán la escasez del agua y su calidad de vida disminuirá.
1.2.2.1 Mantos freáticos
Las aguas subterráneas siguen constituyendo un elemento de enorme importancia para la
provisión de agua para uso humano en las zonas urbanas y rurales, tanto en países
desarrollados como en desarrollo. Innumerables ciudades obtienen su suministro para uso
doméstico e industrial de acuíferos a través de pozos municipales y privados. Casi el 60% de las
ciudades europeas de más de 100 mil habitantes consumen agua procedente de mantos
acuíferos sobreexplotados (Basáñez, 2007).
En México el 37% de la población (30 millones de habitantes aproximadamente) son usuarios de
aguas provenientes de mantos acuíferos (CONAGUA, 2011).
La caída de los niveles freáticos está muy extendida y causan serios problemas, tanto porque
conducen a la escasez de agua y, en las zonas costeras se presenta la intrusión salina. Tanto la
contaminación del agua potable, la nitración y la contaminación por metales pesados de los ríos,
lagos y embalses son problemas comunes en todo el mundo. Es muy difícil aumentar la oferta
mundial de agua dulce y cada vez más personas se están convirtiendo en dependientes de los
suministros limitados de agua dulce que están cada vez más contaminadas. La seguridad del
19
agua, como la seguridad alimentaria, se está convirtiendo en una prioridad nacional y regional
en muchas zonas del mundo (UN-HABITAT, 2005a).
1.2.3 Impacto global del desabasto hídrico
Figura 4 Extracción de agua en mantos freáticos (UN-HABITAT, 2005a).
Según la “Evaluación General de los Recursos de Agua Dulce en el Mundo” elaborada por la
Comisión de las Naciones Unidas para el desarrollo sostenible (Caballero, 2006):
Para el año 2025, dos terceras partes de la población mundial (aproximadamente 5,500
millones de personas), vivirán en países donde los esfuerzos por alcanzar un crecimiento
económico y un progreso social podrán enfrentar serios problemas si continúan las
políticas actuales en relación con el uso y el manejo del agua.
En 1995 el 20% de la población mundial no tenía acceso al agua potable y el 50% carecía
de agua para una higiene adecuada.
Cerca de la mitad de la población del mundo en desarrollo sufre de una enfermedad
asociada con agua contaminada, por este motivo, mueren cada año por diarrea,
aproximadamente, 3 millones de personas, principalmente niños.
Durante el siglo XX, la proporción de agua utilizada ha aumentado en más del doble en
relación con la tasa de crecimiento de la población.
1.2.4 Situación en México
La república Mexicana tiene una extensión geográfica de 1’964,375 Km2 y cuenta con una
población total de 112’336,538 habitantes según datos del INEGI (2011), además estudios
20
realizados por la SEMARNAT5 prevén un aumento de la población hacia el año 2030 para
situarse en 130 millones de mexicanos aproximadamente.
Por si esto fuera poco, entre los años 2000 y 2005, la disponibilidad por habitante disminuyó de
4,841 m3/año a 4,573 m3/año, y los escenarios estudiados por la Comisión Nacional del Agua
(CONAGUA), así como las proyecciones de población del Consejo Nacional de Población
(CONAPO), indican que, para el año 2030, la disponibilidad media de agua por habitante se
reducirá a 3,705 m3/año6.
México tiene una gran variedad de climas, bien se ha escuchado en los medios de comunicación
e informes de estados de la república que en la zona norte del país se han sufrido severas
sequías debido a la poca precipitación que ocurre en esos estados, en contraparte, en algunos
estados de la región sur del país la lluvia puede llegar a los 2,500 mm por metro cuadrado,
provocando inundaciones recurrentes.
El problema de desabasto de agua en México está matizado, puesto a que hay lugares de la
republica donde abunda el líquido y no representa problema alguno por su baja densidad de
población, por otra parte, en otros lugares como en Iztapalapa (que es la demarcación con
mayor densidad de población en el país), sufren de un severo problema de desabasto, es por
ello que este trabajo se enfoca en dicha problemática de una colonia de la Delegación
Iztapalapa.
1.2.4.1 Agua en Iztapalapa
La Delegación Iztapalapa está situada al oriente del Distrito Federal, cuenta con una extensión
de 116.67Km2 que es el 7.5% de la superficie de la Ciudad y se encuentra a 2240 m sobre el nivel
del mar7.
La Delegación Iztapalapa es la demarcación geográfica más poblada del país, con más de 1.8
millones de habitantes, en comparación con los volúmenes de población de los municipios de la
república mexicana; en contraparte, las delegaciones Milpa Alta y Cuajimalpa de Morelos
constituyen las delegaciones menos pobladas. Su densidad de población es de 5,920.5
habitantes por kilómetro cuadrado, contrastando con la media nacional de 57.3. Las
delegaciones Iztacalco, Cuauhtémoc e Iztapalapa tienen una densidad superior a los 16,000
habitantes por kilómetro cuadrado (SACM, 2012).
5 El estudio puede consultarse en: http://app1.semarnat.gob.mx/dgeia/informe_resumen/01_poblacion/cap1.html
6 Información del Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 disponible en: http://pnd.calderon.presidencia.gob.mx/
7 Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx
21
Estos datos demográficos permiten observar indirectamente, la demanda de agua que sugieren
estas delegaciones, especialmente hablando de Iztapalapa donde decenas de colonias sufren de
desabasto o de abasto intermitente del vital líquido por medio de tuberías y deben conformarse
con recibir pipas de agua potable que el gobierno distribuye para mitigar el problema. En
Iztapalapa la escasez se considera como algo habitual que forma parte de su vida cotidiana
(Quintero M., 2008).
La población en esta demarcación va en aumento año con año a un ritmo de 0.23% como
mínimo aproximadamente y de seguirse esta tendencia aunada a la falta del recurso hídrico, se
está llevando a la población de Iztapalapa a una verdadera crisis política y social.
Desde el año 2000 a la fecha se han hecho grandes esfuerzos por tratar de mitigar el problema
en el abasto del líquido en Iztapalapa, sin embargo, debido a que se elige jefe delegacional cada
3 años, se proponen soluciones a corto plazo con gran impacto mediático sin velar por los
verdaderos intereses de la población afectada por la falta del vital recurso.
1.3 Ciclo hidrológico
El agua en la naturaleza no permanece estática, presenta un constante dinamismo en el cual se
definen diferentes etapas o fases; estas, por su manera de enlazarse, generan un verdadero
ciclo, ya que el inicio ocurre donde posteriormente concluye.
El ciclo hidrológico es el proceso mediante el cual se realiza el abastecimiento de agua para las
plantas, animales y el hombre (Figura 5). Su fundamento es que toda gota de agua, en cualquier
momento en que se considere del ciclo, va recorriendo varios procesos hasta volver donde
inicio. Este recorrido puede darse por distintas vías; el ciclo hidrológico no tiene un camino
único. Se puede partir desde una nube como elemento de origen, desde ella se tienen distintas
formas de precipitación, con lo que se puede considerar que se inicia el ciclo abriéndose camino
por distintos medios de transporte del líquido (Maderey, 2005).
22
Figura 5. Ciclo hidrológico
En el ciclo hidrológico, una proporción importante de la precipitación pluvial regresa a la
atmósfera en forma de evapotranspiración, mientras que el resto escurre por los ríos y arroyos
delimitados por las cuencas hidrográficas, o bien se infiltra en los acuíferos (CONAGUA, 2011).
1.4 Precipitación en México La precipitación media anual del país en el periodo de 1941-2010 fue de 776.2 milímetros8. Es
importante señalar que la distribución mensual de la precipitación acentúa los problemas
relacionados con la disponibilidad del recurso, debido a que el 68% de la precipitación normal
mensual ocurre entre los meses de junio y septiembre (CONAGUA, 2011).
Anualmente México recibe del orden de 1,489 miles de millones de metros cúbicos9 de agua en
forma de precipitación. De esta agua, se estima que el 73.1% se evapotranspira y regresa a la
atmósfera, el 22.1% escurre por los ríos o arroyos, y el 4.8% restante se infiltra al subsuelo de
forma natural y recarga los acuíferos. Tomando en cuenta las exportaciones e importaciones de
agua con los países vecinos, así como la recarga incidental, anualmente el país cuenta con 460
mil millones de metros cúbicos de agua dulce (CONAGUA, 2011).
Cabe aclarar que el agua se debe analizar desde tres perspectivas (CONAGUA, 2011):
• Distribución temporal, ya que en México existen grandes variaciones del agua a lo
largo del año. La mayor parte de la lluvia ocurre en el verano, mientras que el resto
del año es relativamente seco.
8 Datos obtenidos de www.cna.gob.mx
9 Miles de millones de metros cúbicos = Km
3
23
• Distribución espacial. Porque en algunas regiones del país ocurre precipitación
abundante y existe una baja densidad de población, mientras que en otras sucede el
efecto contrario.
• Área de análisis. Porque la problemática del agua y su atención es
predominantemente de tipo local. Los indicadores calculados a gran escala esconden
las fuertes variaciones que existen a lo largo y ancho del país.
El agua proveniente de las precipitaciones debe ser aprovechada al máximo posible ya que
como se menciona anteriormente, son cantidades enormes de agua que se contaminan o
simplemente no llegan a completar su ciclo natural al no poder infiltrarse al subsuelo en las
ciudades. Tal es el caso de la ciudad de México que se encuentra edificada sobre un gran lago y
un manto freático que tiene un espesor que oscila entre 100 y 500 metros y con una
profundidad máxima de 1000 m.
1.4.1 Clima en Iztapalapa
El clima predominante en la delegación Iztapalapa es el templado subhúmedo con lluvias
en verano además de lluvias invernales que representan del 5 a 10% del total anual y en
el mes más seco precipitan cerca de 4 mm.
La Delegación Iztapalapa se encuentra comprendida dentro de la isoyeta10 de 700mm
(Figura 6). La isoterma predominante es la de 14°C y sólo una pequeña porción en el
Noreste en la isoterma de 16°C11.
Hoy en día no se puede dejar de lado el cambio climático y más aún cuando este significa
una intensificación del ciclo hidrológico. Se prevé que la temperatura de la tierra
aumentara un par de grados en los próximos 100 años y esto dependerá en gran medida
de las acciones que tomen los países para controlar la emisión de gases de efecto
invernadero. Al Haber una mayor temperatura en la atmosfera, habrá más evaporación
de agua y por ende habrá más lluvia, ya que la precipitación siempre es proporcional a la
evaporación. Para las grandes urbes y comunidades rurales que tienen problemas
debido a la gran cantidad de agua que precipita; la intensificación del ciclo hidrológico
significa más problemas de los que tenían.
10
Según RAE, Isoyeta: Curva para la representación cartográfica de los puntos de la Tierra con el mismo índice de pluviosidad media anual. 11
Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx/htm/geografia.html
24
Figura 6. Mapa de Precipitación Promedio Anual del Distrito Federal12.
1.4.2. Recuperación del agua de lluvia
La importancia de captar, almacenar y utilizar el agua de lluvia para uso doméstico es de gran
relevancia para la mayoría de las poblaciones, sobre todo aquellas que cuentan con un latente
desabasto de agua o simplemente no la tienen. A pesar de todo, la recuperación de agua pluvial
no ha tenido gran auge debido a que no se tiene el hábito o se cree que el agua que precipita
está sucia y no puede ser utilizada para usos domésticos.
Hoy en día se debe poner mayor énfasis en las alternativas económicas y eficientes de
abastecimiento de agua, ya que la población de este planeta demanda cada vez más líquido y no
se oferta lo suficiente.
12
Fuente: http://www.iztapalapa.df.gob.mx/htm/geografia.html
25
Se sabe bien que la urbanización es un camino que el panorama mundial tiende hacia el futuro,
debido al constante crecimiento económico de los países en desarrollo y desarrollados (Figura
7), si bien las poblaciones crecen y crecen, la falta de infraestructura para mitigar las carencias
en el abastecimiento de agua se hace más evidente. Debería pretenderse un desarrollo
sustentable para que la urbanización del planeta tienda a una mejor calidad de vida de sus
habitantes en relación al abastecimiento del agua.
Figura 7. Desarrollo Urbano en el mundo13
Entonces los sistemas de captación de agua de lluvia y el desarrollo sustentable con respecto al
consumo de agua potable o de uso doméstico deben ir de la mano para alcanzar el bienestar de
la población, además, como lo mencionan (Adler, et al., 2008), se deben tener como objetivos
particulares:
• Lograr la aceptación y participación creciente de la población urbana, en la
implementación de sistemas individuales y colectivos de captación de agua de lluvia,
adaptados a sus necesidades y posibilidades. En esta categoría entran todos los
grupos; los que actualmente cuentan con red de agua potable y los que se surten por
otros medios del vital líquido.
• Convencer a los particulares y a las autoridades de que este sistema, no solo da
beneficios directos, palpables y demostrables, sino también indirectos, pensando en
13
Gráfico obtenido de las Estadísticas del Agua en México edición 2011. Comisión Nacional del Agua.
26
que con la liberación de los recursos que se logra en lo social, se puede promover y
beneficiar a los grupos que actualmente no cuentan con el servicio, apoyándolos en
la creación de estos sistemas de captación y tratamiento de agua de lluvia. Es decir,
que en parte el reto es buscar la equidad.
• Un reto de gran valor es el lograr la conciencia de la importancia y cuidado del agua,
sobre todo de esta que llega a la población directamente de las nubes y que tiene
una calidad excepcional. Entonces la implementación correcta de estos sistemas
podrá ser un ejemplo que pueda inducir a otros a aplicarlo.
• Superar el prejuicio de que este sistema es un gasto en tiempo y dinero, pues lo que
se tiene es una inversión en recursos más limpios y con la garantía de tener acceso al
recurso hídrico durante mucho más tiempo, e incluso entender que es una inversión
de corto plazo ya que esta se reflejará en un corto tiempo, en el ahorro de dinero al
disminuir considerablemente los pagos por consumo de agua.
1.5 Paraje San Juan
La unidad territorial Paraje San Juan de la Delegación Iztapalapa está delimitada por las avenidas
San Lorenzo, Puente Ramírez, Camino Viejo Real a San Francisco y El Rosal, y por las calles Priv.
Santa Cruz, Amapola, Azucena, José M. Anzorena, Clavelina y Gardenia representando un área
aproximada de 583,000 m2, cuenta con una población aproximada de 12,000 habitantes y ha
sufrido durante varios años un desabasto de agua debido a la escasez en las fuentes de donde
se distribuye, en especial el sistema Cutzamala. Cabe destacar que solo el 70% de las viviendas
en la unidad territorial cuentan con un sistema de suministro de agua, el otro 30% se abastece
de distintas maneras.
Parte importante saber que el territorio cuenta con 66 manzanas y 1,983 viviendas
independientes con techos de aproximadamente 150 m2 de superficie, susceptibles a ser
aprovechados por sistemas de captación de agua de lluvia y así tratar de mitigar los problemas
que se tienen en cuestión del recurso hídrico.
El agua siempre ha sido tema de discusión en la demarcación debido a que el líquido escasea
muy a menudo, es por eso que las autoridades del SACM le han condonado el pago de agua
durante varios años y cuando se cobra el servicio lo hacen a través de tarifas fijas, ya que no se
tiene un control adecuado del servicio.
1.6 Beneficios de los sistemas de captación de agua
La captación de agua de lluvia proporciona respuestas a largo plazo sobre el problema de la
escasez del agua. La captación de agua de lluvia ofrece una solución ideal en lugares donde
27
abunda la lluvia y se tiene un inadecuado suministro de agua potable o hay escasez del vital
líquido (UN-HABITAT, 2005b).
Los sistemas de captación de agua de lluvia son particularmente muy útiles en terrenos remotos
y difíciles de acceder, debido a que tiene la habilidad de operar de manera independiente. Todo
el proceso que se involucra es totalmente amigable con el medio ambiente (UN-HABITAT,
2005b).
Algunos Beneficios específicos de la captación de agua pluvial de acuerdo con (Adler, et al.,
2008) son:
El agua de lluvia es gratis, la única inversión que hay que realizar es en la captación y el
tratamiento, pero su amortización se realiza en un corto tiempo.
Con este método se paga anualmente mucho menos en cuentas de agua.
La poca o nada de dureza del agua de lluvia ayuda a aumentar la escala en aplicaciones,
extendiendo su uso. El agua de lluvia elimina la necesidad de un suavizador de agua y las
sales que le añaden durante este proceso.
El agua de lluvia está libre de sodio, importante para gente con una dieta baja en sodio.
El agua de lluvia es superior para el riego de las plantas de los hogares.
Los sistemas presentan un fácil mantenimiento.
El agua de lluvia provee una fuente de agua cuando es temporada de estiajes y la
dotación se reduce fuertemente, o cuando hay escasez del agua subterránea.
Captar agua de lluvia ahorra energía. El agua del sistema municipal centralizado tiene
que ser transportada por una extensa red de servicio antes de llegar a la casa y esto
requiere de una gran cantidad de energía (Engineer, 2007).
También se reduce el flujo de agua que va hacia las alcantarillas lo que evita
inundaciones.
La captación de agua pluvial ayuda a los servicios públicos a reducir la demanda de agua
en verano, donde muestra el pico máximo de demanda, y mitiga la aparición de más
plantas de tratamiento de agua (Brown, et al., 2005).
Con sistemas de captación de agua pluvial eficientes, en las áreas urbanas, la demanda de agua
y la escases podrían disminuir considerablemente, más en los meses donde se da en mayor
proporción la precipitación (de junio a septiembre en la Ciudad de México) usando todo tipo de
28
áreas para la captación o para el almacenamiento como techos, lotes de estacionamientos,
parques, escuelas, etc., esto con el fin de aprovechar al máximo el agua que cae y evitar su
desperdicio, ya que actualmente casi en su totalidad se va al drenaje y no se aprovecha y suele
provocar inundaciones.
Aprovechar el agua de esta manera contribuiría al aumento de los niveles freáticos al no
demandar el agua que habitualmente se necesitaría y también se contribuiría en el ahorro de
energía, ya que investigaciones de (UN-HABITAT, 2005a) demuestran que el aumento en un
metro del nivel de agua en el acuífero ahorra 0.4 KW-h de electricidad.
En varias ciudades alrededor del mundo (inclusive la Ciudad de México), la contaminación
ambiental es un problema latente y puede afectar la calidad del agua de lluvia y la hace
inadecuada para consumo humano, pero aún puede ser utilizada para usos domésticos donde
no se requiera de la potabilización del agua como en la descarga del inodoro, el lavado de ropa,
lavado del auto, jardinería, etc., y precisamente estos usos son los que demandan más agua.
29
II. CONSIDERACIONES TÉCNICAS SOBRE SISTEMAS DE CAPTACIÓN
DE AGUA PLUVIAL
Un sistema de recolección de agua de lluvia permite principalmente capturar, desviar y
almacenar el agua de lluvia para ser utilizada en diferentes propósitos como el riego de jardines,
beber, uso doméstico en general, la recarga de mantos acuíferos y reducción de flujo en el
alcantarillado a causa de las lluvias.
En una aplicación residencial o de pequeña escala, la captación de agua de lluvia puede ser tan
simple como tener un techo inclinado para que el agua escurra hacia un área definida por el
usuario, ya sea para regar sus plantas o desviarla de los pasillos. Sistemas de captación más
complejos incluyen canaletas, tuberías, tanques de almacenamiento o cisternas, filtros, bombas
y un sistema de tratamiento de aguas para uso potable (Brown, et al., 2005).
Independientemente de la complejidad del sistema de captación de agua de lluvia doméstico,
éste, según (Brown, et al., 2005), siempre comprende de seis componentes básicos (Figura 8):
Superficie de captación: Por donde la lluvia escurre.
Canaletas y bajantes: medio de transporte desde la superficie de captación al tanque.
Rejillas y desviadores de la primera descarga: Componentes que eliminan la basura y
polvo del agua de lluvia captada antes de ser enviada al tanque de almacenamiento.
Uno o varios tanques de almacenamiento o también cisternas.
Sistema de distribución: Por medio de gravedad o bombeado para su uso final.
Tratamiento: Para sistemas potables, filtros y otros mecanismos para hacer el agua
segura para el consumo humano de ser necesario.
30
Figura 8. Sistema de captación de agua en casa habitación (Brown, et al., 2005).
2.1 Superfficie de captación.
La superficie de captación Se refiere al área destinada a la recuperación del agua de lluvia y está
conformado en la mayoría de las veces por el techo de la edificación, mismo que debe tener la
superficie y pendientes adecuadas para que facilite el escurrimiento del agua hacia el sistema
de almacenamiento a través de una tubería (Basáñez, 2007). De no cumplir con lo necesario, la
superficie podría representarnos grandes pérdidas de agua captada.
Esta parte del sistema es la principal debido a que sin la superficie de captación simplemente no
se tendría la capacidad de dirigir el agua que cae sin orden aparente. Entonces de aquí parte el
sistema y es necesario conocer las dimensiones de la superficie así como la cantidad de agua
que se recuperará en un determinado tiempo.
El modelo matemático que representa la cantidad de agua ideal que se puede recuperar con un
sistema de captación de agua se ejemplifica con la ecuación ( 1 ):
( ) ( )
( 1 )
31
Donde:
Lci = agua de lluvia captada idealmente en m3.
= la precipitación promedio.
AEC = área efectiva de captación.
También se debe tomar en cuenta que la calidad y cantidad del agua es función del tipo de
material de la superficie de captación, condiciones climáticas y del medio ambiente. Entre más
lisa la superficie, mejor. El material más utilizado en los techos de la Ciudad de México es el
concreto (Figura 9), aunque también existen casas con techos de lámina, tejas de arcilla, entre
otros.
Figura 9. Techos de concreto con recubrimientos de impermeabilizante en Iztapalapa, Ciudad de México
Entonces se debe considerar el material de la superficie para el diseño del sistema de captación
ya que, como se mencionó anteriormente, la cantidad de agua no va a ser la misma que se
capte sobre un material u otro, esto debido a diversos factores como la porosidad del material y
rugosidad. Puede haber pérdidas importantes de líquido por efecto de evaporación o absorción
en el material, por eso se recomienda recubrir la superficie de captación con medios aislantes.
32
Para efectos de considerar las pérdidas de líquido captado, se debe afectar el volumen de agua
captado por un factor de escurrimiento (Tabla 1) y se puede expresar con la siguiente ecuación:
14 ( 2 )
Donde:
LCR = agua de lluvia captada realmente.
Coeficiente de escurrimiento = relación que hay entre el agua que escurre de la superficie de
captación y el volumen de agua de lluvia que cae sobre la misma superficie.
Tabla 1. Coeficientes de escurrimiento de distintos materiales.15
Material del área de captación Coeficiente
Techos
Tejas 0.8-0.9
Metal 0.7-0.9
Recubrimiento del suelo
Concreto 0.6-0.8
Pavimento 0.5-0.6
Áreas de captación sin tratar
Suelo y pendientes menores al 10% 0.0.-0.3
Roca natural 0.2-0.5
Áreas verdes 0.05-0.1
Debido a que la superficie de captación es esencial en el sistema, se debe poner especial énfasis
en su mantenimiento y este consiste en la limpieza del área y un posible reacondicionamiento
de ser necesario cuando se averíe de alguna manera. Con esto se podrá prevenir que se infiltre
alguna sustancia no deseada al agua que se utilizara en los hogares.
2.2 Canaletas y bajantes/conductos
Las canaletas son elementos del sistema que ayudan a llevar en una dirección definida el agua
que se va escurriendo de la superficie de captación. Principalmente estos elementos se utilizan
cuando existe una pendiente bien definida en la superficie de captación y el agua escurre sobre
un lado por efecto de la gravedad.
14
Fuente de la ecuación: Arjun Bhattacharya & O´neil Rane; Harvesting Rainwater: Catch Water Where it Falls!, Rooftop Rain Water Recharge, 2003, India. 15
Fuente: Pacey, Arnold and Cullis, Adrian 1989, Rainwater Harvesting: The collection of rainfall and runoff in rural areas, Intermediate Technology Publications, London, pg. 55
33
Regularmente en la Ciudad de México y en este caso de estudio, en la colonia Paraje San Juan, la
gran mayoría de los techos de las casas no tienen una pendiente definida y por lo tanto el agua
de lluvia suele escurrir por diferentes lados de la superficie de captación, es por esto que no se
requiere de canaletas pero si de tuberías que desahoguen el flujo de líquido. Un ejemplo de
estos conductos se muestra en la Figura 10.
Figura 10. Tuberías mediante las cuales se deshacen del agua de lluvia los techos de las casas en la Ciudad de México. Su posicionamiento suele ser aleatorio debido a que no se tiene una inclinación para dirigir el agua de lluvia.
La elección del material dependerá del poder adquisitivo de las familias que las instalen. Por lo
regular se instalan tubos de PVC debido a su bajo costo y porque solamente sirven para
deshacerse del agua de lluvia que se acumula en el techo.
Para el dimensionamiento de las tuberías del sistema de captación de agua de lluvia, se
requerirá conocer la cantidad de precipitación en la región y el tamaño de la superficie de
captación, ya que estos influirán en el caudal que tendrán que transportar los desagües.
Para conocer las dimensiones de la canaleta o, de una tubería receptora de los efluentes de los
desagües de agua de las azoteas, se requiere saber cuál será el caudal máximo de una tormenta
(Anaya, 2007), que da a conocer una secuencia de cálculo para obtenerlo y que se explica a
continuación:
1. Se calcula el tiempo de concentración (tc) mediante la ecuación de Kirpich:
(
) ( 3 )
Donde:
34
L = Longitud del tubo por donde se pretende dirigir el caudal.
S = Pendiente media.
0.000325 es un factor de conversión para obtener el tiempo en horas.
2. Se calcula tp que es el tiempo en que se alcanza el máximo escurrimiento en la cuenca o
área de captación, se estima mediante la expresión:
√ ( 4 )
3. El tiempo que tarda en drenar toda la superficie de captación se le conoce como tiempo
de concentración de caudal máximo (tb) y se obtiene de:
( 5 )
4. Ahora se puede obtener el gasto máximo esperado (Qp) debido a la precipitación y se
estima con la ecuación:
( 6 )
Donde: 0.278 es un factor de conversión a m3/s
5. Por último se obtiene el diámetro de la canaleta (φc) de la canaleta para poder conocer
el diámetro que se necesitara comprar.
√
( 7 )
Donde:
= velocidad del flujo en la canaleta en m/s.
Se toma en cuenta que en pendientes de 2-4% se considera una velocidad de 0.9m/s y
en inclinaciones de 4-6% de 1.2m/s.
Pero debido a que existe una pérdida por fricción en la tubería, se procede a calcular el
diámetro mínimo que se debe tener por medio de la secuencia de cálculo descrita por
(Valiente, 2006):
35
a) Se indica la velocidad en función del caudal y del diámetro.
( 8 )
b) Se sustituye la velocidad en la ecuación de Darcy- Weisbach.
( 9 )
( 10 )
Donde:
= pérdida de carga y también puede considerarse como una diferencia de
presión y puede suponerse como el 10% de la longitud total de la tubería
.
= Factor de fricción.
c) Se efectúa el cálculo por aproximaciones sucesivas, suponiendo un valor de y
determinando .
d) Se determina el número Re y ε/D(16) para el diámetro obtenido.
( 11 )
Donde:
Re = Numero de Reynolds.
= densidad del líquido.
= viscosidad del líquido en kg/m*s.
ε/D = relación entre la rugosidad del material utilizado y el diámetro de la
tubería.
e) Se obtiene el valor de en función de Re y ε/D por medio del diagrama de
Moody17. Si coincide D, éste es el valor buscado y si no, se sigue el procedimiento
de tanteo suponiendo ahora como el resultado de la primera aproximación.
16
La rugosidad de distintos materiales puede consultarse en el Anexo I 17
Se puede consultar el diagrama en el anexo III.
36
También se puede obtener el diámetro de la tubería con las deducciones de Swamee &
Jain, 1976.
[ (
)
(
)
]
( 12 )
Donde:
= Rugosidad del material.
g = aceleración debido a la gravedad.
hL = pérdida por fricción.
Las pérdidas por fricción se obtienen por medio de la ecuación de Darcy – Weisbach ( 9 ).
En cuanto a Las bajantes, estas son tuberías o drenajes que conducen el agua desde el área de
captación o techos a todo el sistema de captación de agua de lluvia. Estos conductos pueden ser
de cualquier material como el cloruro de polivinilo (PVC), asbesto o hierro galvanizado, cobre,
etc. El diámetro se rige por la cantidad de agua que escurrirá por la canaleta y se calcula su
diámetro de la misma manera que la secuencia anterior.
2.3 Rejillas y desviadores de la primera descarga
Debido a que los techos de las casas son expuestos a la contaminación por diversas fuentes, es
necesario deshacerse de cualquier material de desecho que pueda disminuir la calidad del agua
que se va a captar o que pueda llegar a tapar algún conducto.
Figura 11. Rejillas de aluminio para filtrar material de desecho.
37
Por lo anterior, en el sistema de captación de agua de lluvia, es necesario contar con rejillas
(Figura 11) que ayuden a mitigar los desechos de tamaño considerable como: hojas, grava,
papel, plástico o cualquier residuo que se encuentre en la azotea y pueda afectar el sistema. La
localización que tengan éstas dependerá del tipo de área de captación en cuanto a si necesita
canaletas o tubería para conducir el agua hacia la bajante.
Si se requiere de canaletas para disponer del agua, las rejillas pueden ir a lo largo del canal y así
evitar cualquier infiltración y la limpieza resultaría más fácil o también puede ir justo arriba de la
bajante para que ahí se acumulen los desechos y puedan ser removidos en ese punto. Es muy
importante realizar una limpieza periódica de las canaletas y las rejillas para evitar
taponamientos e inundaciones.
Como se mencionó anteriormente, la gran mayoría de las azoteas de la colonia Paraje San Juan,
desahogan el agua por medio de conductos y se utilizaran tuberías para dirigir el líquido a la
bajante, entonces lo más conveniente, en estos casos, será colocar rejillas en cada conducto de
desagüe antes de dirigirse al canal que conduce a la bajante.
Ahora bien, el agua que traspasa las rejillas aún puede
seguir contaminada por partículas más finas que se
encuentran acumuladas en las azoteas debido a largos
plazos sin lluvia y por esto mismo es necesario desechar
el agua que arrastra estos contaminantes; por decirlo de
otra manera, las azoteas se lavan con las primeras lluvias
o una parte del agua que cae sobre la superficie de
captación. El desecho de los primeros escurrimientos de
agua nos ayudará a tener una mejor calidad de agua
captada.
El desecho de los primeros escurrimientos se va a dar por
medio de un dispositivo desviador de la primera
descarga y la cantidad que se debe desechar está en
función del área de captación, según (Brown, et al.,
2005), por cada 90m2 de superficie de captación se
deben desechar de 50 a 200L de agua de lluvia para
eliminar los agentes contaminantes.
El dispositivo que desvía la primera carga de lluvia, puede
ser tan sencillo como colocar un tubo que desvía el flujo
Figura 12. Dispositivo desviador de la primera descarga.
38
que proviene de la bajante como se muestra en la Figura 1218. Por un lado va hacia la cisterna o
al primer filtro y por el otro se lleva al desagüe, claro que debe haber una válvula de por medio
para permitir el flujo o no permitirlo en caso de que se considere que ya se lavó suficientemente
la superficie de captación y entonces ya puede ser almacenada el agua.
El diámetro de la tubería será el mismo que el de la bajante puesto a que llevaran el mismo
caudal de agua y la salida a la cisterna debe estar cerrada para que no fluya el agua
contaminada al sistema de almacenamiento.
2.4 Sistema de almacenamiento
Un sistema de almacenamiento ayudará a almacenar el agua de lluvia que escurre por las
azoteas, la cual será conducida por medio de canaletas y la bajante. El sistema se compone de
un sedimentador y una cisterna o tanque de almacenamiento; la elección entre el
tanque/cisterna como almacenamiento dependerá de la función del volumen de agua que se
almacenará, así como la ubicación que tendrá e inclusive el uso que se le dará al agua de lluvia
ya procesada.
Este sistema puede construirse como parte de una edificación en el subsuelo o junto a la
vivienda que lo necesita, dependiendo de las necesidades y espacio que se tenga para su
construcción o instalación. Los materiales con que se deben hacer deben ser inertes y fáciles de
limpiar cuando se requiera de mantenimiento. Los materiales de construcción más comunes
para los sistemas de almacenamiento son el concreto reforzado, fibra de vidrio, polietileno,
acero inoxidable y ferrocemento, aunque pueden hacerse de muchos más materiales.
2.4.1 Sedimentador
La importancia del sedimentador en un sistema de captación de agua de lluvia radica en que
siempre habrá polvo en los techos de las casas, no solo en la temporada donde no llueve sino
cuando transcurra poco tiempo desde la última precipitación. El sedimentador es un dispositivo
que ayuda a disminuir en gran medida la cantidad de partículas sólidas que se encuentran en el
agua provenientes del techo, tales como polvo y piedrecillas; se coloca justo al lado del tanque o
cisterna de almacenamiento.
El dispositivo funciona por simple gravedad. Las partículas de polvo o residuos sólidos suelen ser
más densos que el agua, por lo que al hacer pasar el agua por un sedimentador, se deja que las
partículas sigan su cauce hasta la base del dispositivo y el agua salga por la parte superior más
limpia de lo que ingreso; tal como se muestra en la Figura 12.
18
Diagrama de: (Brown, et al., 2005)
39
Figura 13. Sedimentador para sistema de captación de agua de lluvia.
El dispositivo debe ser drenado y limpiado periódicamente para evitar que las partículas pasen a
la cisterna por exceso de acumulación.
Para obtener el tamaño del sedimentador, se deben tomar en cuenta el gasto volumétrico que
le será alimentado y basta con proponer un tamaño comercial y efectuar cálculos como los
tiempos de retención y llenado del sedimentador.
Así si se supusiera un volumen del sedimentador (Vs) y se conoce el gasto volumétrico, el
tiempo de llenado del sedimentador sería:
( 13 )
El vaciado del sedimentador se dará a la misma razón con que se alimenta y así se evitaran
inundaciones y turbulencias para que la sedimentación se lleve correctamente.
2.4.2 Cisternas
Las cisternas son el equipo necesario para almacenar el agua captada de la lluvia, la cual debe
ser lo suficientemente grande para contener el volumen de agua que necesite cada familia con
respecto a los miembros que la compone, contando la temporada de sequía.
40
Con respecto a lo anterior, en el estudio de Adler, Carmona & Bojalil (2008) se menciona que en
la Ciudad de México se requieren 200L por persona al día; en estos se incluye la cantidad de
agua que se requiere para consumo humano: aproximadamente 8L por persona, considerando
el agua que se bebe y la que se utiliza para preparar alimentos.
La forma de las cisternas varía conforme a su capacidad y al material de construcción. La más
común es la rectangular pero también se construyen cisternas cubicas y cilíndricas. Las cisternas
pueden instalarse tanto en la superficie como por debajo del suelo. Una consideración muy
importante a la que hace mención el gobierno de la Ciudad de México en su Reglamento de
construcción (GDF, 1993, en el artículo 150): “las cisternas deberán ser completamente
impermeables, tener registros con cierre hermético y sanitario y ubicarse a tres metros, cuando
menos, de cualquier tubería permeable de aguas negras”.
Por su parte, el estudio de la (CEPIS, 2004) hace referencia de las especificaciones que deben
tener las cisternas para su uso óptimo:
Deben ser Impermeables para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración.
De no más de 2m de altura para minimizar las sobrepresiones.
Con tapa para impedir el ingreso de polvo, insectos y luz solar.
Disponer de una escotilla con tapa sanitaria lo suficientemente grande como para que
permita el ingreso de una persona para que realice limpieza o reparaciones necesarias.
La entrada y el rebose deben contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y
animales.
Dotado con dispositivos para el retiro de agua y el drenaje.
El material de construcción de las cisternas estará condicionado en función del uso que
se le dará al agua y al poder adquisitivo de quien requiera la instalación de una. Los dos
materiales de construcción más utilizados en la Ciudad de México son el concreto reforzado y el
polietileno.
2.4.2.1. Concreto reforzado
Las cisternas de concreto reforzado pueden ser construidas encima del suelo o por debajo de
éste; además se pueden diseñar de cualquier capacidad y especificación. Deben llevar de 10 a
12 cm de espesor por seguridad; pueden ser construidas por constructoras o por albañiles,
según sea la envergadura de la obra.
Debido a la porosidad del concreto y la posibilidad de una filtración o una fractura
imperceptible, no se recomienda utilizar el agua contenida en estas cisternas para consumo
humano si se extrae directamente, aunque, por lo general, son muy confiables si lleva una
41
buena construcción. Por lo regular las cisternas de concreto suelen durar generaciones, lo que
es una ventaja contra cualquier otro tipo de cisterna.
2.4.2.2 Polietileno
Cisternas de este material no son muy comunes por su elevado costo, sin embargo son muy
efectivas para el almacenamiento de agua potable; de hecho, las purificadoras de agua para
consumo humano en todo el país, las prefieren por su excelente durabilidad y sistemas que
evitan la proliferación de microorganismos. Otra ventaja de este tipo de cisternas es que son
menos propensas a fisurarse si se colocan por debajo del suelo; además son impermeables,
aunque para que esto sea posible, debe llevarse a cabo una instalación de manera correcta para
propiciar un mayor tiempo de vida. La desventaja de estas cisternas es que son de tamaño
comercial y las medidas son estandarizadas, por lo que se debe tomar en cuenta para el diseño
de cualquier sistema para el almacenamiento de agua.
En México la marca Rotoplas comercializa este tipo de cisternas con gran participación en el
mercado. En cuanto a cisternas y tinacos prefabricados se ofrecen productos asegurados hasta
por 5 años, lo que es competencia en contra de las cisternas de concreto, de ahí la desventaja
de éstas.
2.4.2.3 Dimensionamiento
Para tener un dimensionamiento óptimo de la cisterna, se debe seguir un sencillo procedimiento y se deben conocer varios parámetros antes de realizar cualquier cálculo.
En primera instancia, debe conocerse la superficie efectiva de captación de agua, el numero de
habitantes o viviendas que se beneficiaran con el agua, la demanda por individuo o por vivienda
del agua potable y el periodo mínimo en que se pretende almacenar el líquido mientras no se
utiliza.
En seguida se insertan a una tabla los valores de las precipitaciones medias mensuales de la región; junto a esta se calcula el potencial de captación de agua de lluvia mensual y el captado aproximado por día. Se calcula el volumen de líquido demandado por día y se calcula la diferencia entre el líquido captado y el demandado para conocer el déficit o exceso de agua y los valores se insertan en otra columna. Por último se inserta una columna con la diferencia entre el volumen de líquido captado mensualmente y el demandado mensual. La Tabla 2 ejemplifica lo anterior.
Datos previos:
Área efectiva de captación (AEC); Coeficiente de escurrimiento ( Tabla 1); Volumen de agua
requerida por mes (VDM); Volumen de agua diario requerido (VDR) y periodo de almacenamiento
mínimo (Tmin).
42
Tabla 2. Calculo de la cantidad de agua captada debido al área de captación
MES Precipitación media (mm)
Vol. Liquido captado al mes
VLM (m3)
Vol. Liquido captado al dia VLD
(m3)
Diferencia VLD-VDR
(m3)
Diferencia VLM-VDM
(m3)
ENERO X X X X X
FEBRERO X X X X X
MARZO X X X X X
ABRIL X X X X X
MAYO X X X X X
JUNIO X X X X X
JULIO X X X X X
AGOSTO X X X X X
SEPTIEMBRE X X X X X
OCTUBRE X X X X X
NOVIEMBRE X X X X X
DICIEMBRE X X x X X
Después de realizada la tabla, se localizarán los valores negativos de la última columna y se
suman; el valor absoluto de la adición, es el déficit de agua acumulado durante la temporada de
sequía y por ende es el valor del volumen de agua que debe ser almacenado para que el
suministro sea constante.
En cuanto a las dimensiones, primero se debe elegir la forma que tendrá la cisterna y se
adecuarán las medidas conforme al terreno donde se construirá, si es que se construye de
concreto. Si se quiere utilizar una cisterna de polietileno, hay que recordar que éstas se
comercializan de tamaño estándar y el volumen obtenido se adecuará a sus dimensiones
prefabricadas en el mercado.
2.5 Contaminantes del agua de lluvia El tratamiento del agua de lluvia es una parte crucial en el sistema de captación y depende del
uso que se le requiera dar; pero en cualquier caso, el tratamiento debe ser el necesario para
que el agua tratada no ponga en peligro una vida humana, si ésta se pone en contacto con ella.
El agua de lluvia en sí es el elemento primario del ciclo hidrológico, por tanto es agua que, en
teoría, está completamente limpia pues es la que recarga los mantos acuíferos y los ríos de
donde se extrae el agua.
En la Ciudad de México, al ser una de las metrópolis más grandes del mundo, existe
contaminación ambiental que puede afectar la calidad de agua de lluvia. Afortunadamente se
43
han implementado medidas contra la contaminación ambiental que han ayudado a reducir las
emisiones de contaminantes, y por ende, la calidad del aire en la ciudad.
El Sistema de Monitoreo Atmosférico (SIMAT) de la Ciudad de México muestra una serie de
parámetros donde se indica la calidad de aire a lo largo de los años. Los parámetros que toman
en cuenta para medir la calidad del aire son las concentraciones de Ozono, Óxidos de Nitrógeno,
Dióxido de Nitrógeno, Monóxido de Carbono, Dióxido de Azufre, Partículas suspendidas
Totales, Plomo en partículas suspendidas totales, partículas menores de 10 µm, partículas
menores de 2.5 µm, Nitratos y Sulfatos.
En México, los parámetros que rigen los límites máximos permisibles de los contaminantes en el
medio ambiente a nivel federal se rigen por Normas Oficiales Mexicanas de la Secretaria de
Salud (SSA), es responsabilidad de las autoridades locales su observación y cumplimiento.
2.5.1. Ozono (O3)
El Ozono es un gas incoloro de olor penetrante, altamente oxidante, poco soluble en agua e
inestable en altas concentraciones (SMA, 2011). Existe naturalmente en la tropósfera y protege
al planeta de los rayos ultravioleta (UV) al ocupar su energía para la síntesis de oxígeno y ozono,
al mismo tiempo los mantiene en equilibrio.
Se le considera un contaminante cuando se encuentra en altas concentraciones y causa daños al
sistema respiratorio; es responsable de la bronquitis aguda irritativa, además de causar
irritaciones en los ojos y dolores de cabeza.
Su control en la atmósfera de la Ciudad de México se rige por la NOM-020-SSA1-1993 y tiene
como límite de exposición aguda un valor de 110 ppb, máximo 1 h y 80 ppb, 5° máximo en un
año. En la Figura 14 se observan los promedios anuales desde 1988 hasta 2012 y se observa una
disminución gradual del contaminante, aunque la norma no se cumple en promedios anuales
desde los inicios de las mediciones hasta la fecha.
44
Figura 14. Concentraciones de ozono en partes por billón (ppb) a 1h desde 1988 hasta 201219.
2.5.2. Dióxido de Nitrógeno (NO2)
El dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón amarillento, de olor irritante, que reacciona
fácilmente con el agua produciendo ácido nítrico y óxido nítrico (15); desempeña un papel
importante en la formación de ozono y partículas secundarias (SMA, 2011). Se forma como
subproducto de los procesos de combustión a altas temperaturas, como en los vehículos
motorizados y en plantas termoeléctricas.
( 14 )
La Secretaría de Salud, en la NOM-023-SSA1-1993, establece como límite máximo permisible
una concentración de dióxido de nitrógeno de 210 ppb en 1 h. En la Ciudad de México los
valores de NO2 registrados desde el año 2007 han cumplido con la norma y muestra una clara
19
Informacion obtenida de: http://www.calidadaire.df.gob.mx/
45
tendencia a la estabilización de las concentraciones futuras en la Ciudad, lo anterior se observa
en la Figura 15.
Figura 15. Concentraciones de NO2 en la atmosfera de la Ciudad de México desde 1988 a 2012.
Este contaminante es un precursor muy importante de la llamada “lluvia ácida” que suele tener
efectos dañinos al medio ambiente, no se ha encontrado un riesgo comprobado en humanos
debido a este fenómeno. El daño potencial sería solamente la ingesta de ácido nítrico, pero la
dosis mortal para humanos es de 110 mg/Kg lo que no se alcanza con una lluvia ácida común.
2.5.3. Monóxido de Carbono (CO)
El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido además de altamente tóxico para
la salud humana si es inhalado. Es causado por la combustión incompleta, que contienen
átomos de carbono en su composición química, como la gasolina en los motores de combustión
interna y la quema de árboles en incendios forestales. Este compuesto se solubiliza en agua a
una razón de (2.3 mlCO/100 mlH20 a 20°C), pero no se conocen riesgos debido a su ingesta.
46
La NOM-021-SSA1-1993 especifica como límite máximo de exposición aguda un valor de 11 ppb
en 8 h y desde el año 2001 la Ciudad de México ha cumplido con la norma y los niveles tienden a
bajar año con año.
2.5.4. Dióxido de Azufre (SO2)
El dióxido de azufre es un gas incoloro de olor acre y soluble en agua a una razón de 8.5
mlSO2/100 mlH2O a 25 °C. Se forma debido a la combustión de materiales que contienen átomos
de azufre en su composición química como la gasolina, diesel, carbón, etc. La ingesta de una alta
concentración de dióxido de azufre puede provocar quemaduras en la boca.
El SO2 es el principal precursor de la lluvia ácida: forma ácido sulfúrico (H2SO4) por la interacción
del SO2 con el oxígeno de la atmosfera y la lluvia (Ec. 16), la reacción es influenciada por la
radiación solar.
( 15 )
El control de este contaminante se regulaba hasta el 2010 por medio de la NOM-022-SSA1-1993
que permitía hasta una exposición máxima aguda de 130 ppb promedio en 24 h Y 30 ppb
promedio anual, pero en ese mismo año se actualizó la norma a la NOM-022-SSA1-2010 que
establece como nuevos parámetros de exposición máxima aguda de 110 ppb promedio en 24 h,
200 ppb 2° máximo promedio en 8 h y una exposición crónica máxima de 25ppb promedio
anual.
Los requerimientos de la norma se cumplen desde el año 2003 y aun con la entrada en vigor de
la norma desde 2011 se cumple con las especificaciones de la Secretaría de Salud y es por ello
que es raro que en la ciudad de México ocurra un fenómeno de cambio de pH en el agua de
lluvia.
47
Figura 16. Concentraciones de SO2 en la Ciudad de México con parámetros actualizados.
Figura 17. Concentraciones de SO2 en la Ciudad de México desde 1986 hasta 2010.
48
2.5.5 Partículas suspendidas (PM)
Las PM, por sus siglas en inglés (Particulate Matter), son mezclas complejas de sustancias
liquidas, solidas o liquidas que se encuentran en suspensión en el aire debido a diversos medios
tanto físicos como mecánicos. Estas partículas varían en tamaño, origen y composición; sin
embargo se clasifican principalmente en dos tamaños: partículas menores a 2.5 µm (PM2.5) y las
menores de 10 µm (PM10).
Las PM son generadas por diversas fuentes de contaminación o por interacción con la
naturaleza. Pueden ser emitidas directamente a la atmosfera (partículas primarias) o formarse
por la transformación de emisiones gaseosas (partículas secundarias) como los óxidos de azufre,
óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles.
Las PM10 son formadas principalmente por la suspensión del polvo del suelo, tráfico en las
carreteras, así como en la condensación de metales por efecto del manejo de estos a altas
temperaturas en las fábricas; en cambio las PM2.5 son emitidas principalmente por la
combustión del diesel, combustóleo y carbón.
Se han realizado diversos estudios acerca de los efectos nocivos que las PM tienen sobre la
salud, los resultados arrojan una clara evidencia de su alta toxicidad. Su composición depende
de la región; así, estudios referenciados en la NOM-025-SSA1-1993 indican que experimentos,
realizados por científicos mexicanos en la Ciudad de México, demuestran que en extractos
orgánicos de las PM10 existen hidrocarburos policíclicos que son altamente mutágenos para las
células del cuerpo humano.
La NOM-025-SSA1-1993 regula la concentración de partículas suspendidas totales (PST), PM10 y
PM2.5 y establece como límites de exposición aguda valores de 210 µg/m3, 120 µg/m3 y 65
µg/m3 promedio en 24 h respectivamente y para las PM10 y PM2.5 límites de exposición crónica
con valores de 50 µg/m3 y 15 µg/m3 promedio anual respectivamente.
En la Figura 18 se observa cómo las concentraciones de PST están disminuyendo gradualmente
año con año; sin embargo, no se ha podido cumplir con la norma desde el comienzo de las
mediciones. Las concentraciones de PM10, que se muestran en la Figura 19, tampoco han
cumplido con la norma desde el inicio de las mediciones pero, al igual que las PST, muestra una
clara tendencia a disminuir tanto en los promedios anuales como en los de 24 h. Por último las
concentraciones de PM2.5 (Figura 20) en promedio de 24 h siempre han cumplido con la norma;
sin embargo, la exposición diaria nunca ha cumplido con la norma y muestra una estabilización
de las mediciones, lo que indica que no se ha hecho mucho por tratar de mitigar estos
contaminantes.
49
Figura 20. Concentraciones de PM2.5 en el aire de la Ciudad de México. Figura 19. Concentraciones de PM10 en el aire de la Ciudad de México.
Figura 18. Concentraciones de PST en aire de la Ciudad de México.
50
2.5.6 Plomo (Pb)
El plomo es un metal de color gris azulado, tóxico en altas concentraciones, lo cual puede causar
diversas enfermedades, entre ellas el cáncer. No es soluble en agua pero sí en HNO3 el cual se
forma en la atmosfera, por lo tanto, es posible encontrar trazas de este metal en el agua de
lluvia.
Figura 21. Concentraciones de Pb en la atmosfera de la Ciudad de México.
Afortunadamente en la Ciudad de México se ha logrado disminuir considerablemente la
concentración de este contaminante en el ambiente. El límite de exposición permisible en la
atmosfera según la NOM-026-SSA1-1993 es de 1.5 µg/m3 y a lo largo de los años desde la
primer medición, se ha visto una disminución en los niveles de este contaminante (Figura 21),
tanto, que hoy en día ya no se considera un riesgo para la salud.
2.5.7 Composición química del agua de lluvia
Para este estudio, es de suma importancia conocer cuál es la composición química del agua de
lluvia que se deriva de los contaminantes antes mencionados, además de su relación con la
lluvia ácida, la cual se mide principalmente por medio del pH.
51
Figura 22. Potencial de hidrogeno del agua de lluvia de la Ciudad de México.
En la Ciudad de México se lleva a cabo la medición periódica del pH, con un promedio de 5.0 a
5.6, el esperado para una precipitación normal en la Ciudad, considerándose ácida cuando los
valores disminuyen de 5.0 unidades de pH. Desde 1997 a la fecha se han realizado mediciones
(Figura 22), las cuales muestran que desde el 2003 los valores se han ido estabilizando, lo que
indica que la lluvia ácida ha dejado de ser un fenómeno recurrente, pero aun latente debido a
las emisiones de los contaminantes que la producen.
Los principales componentes de la lluvia según la (SMA S. , 1999) en el D.F. son20: ión nitrato
(NO3-), ión sulfato (SO4
=), ión amonio (NH4+), ión calcio (Ca++), ión magnesio (Mg++), ión sodio
(Na+) y ión potasio (K+), estos últimos cuatro forman parte de los oligoelementos que son
esenciales para la vida, por supuesto en cantidades muy pequeñas, debido a que en cantidades
considerables pueden representar un serio problema para la salud. Además, varios de estos
elementos, por su alcalinidad, contribuyen a disminuir la acidez del agua de lluvia y además se
incrementa la eliminación de metales pesados en la atmosfera (Martínez, 2007).
20
En el anexo II se pueden consultar las concentraciones de algunos de los contaminantes en distintos puntos de muestreo.
52
2.6 Métodos de tratamiento de agua
Se requiere que el agua quede lo más pura posible para que el ser humano la pueda consumir,
para lograrlo, el agua de lluvia debe pasar por diversos tratamientos para la eliminación de los
contaminantes que pueden llegar a tener una repercusión en la salud humana.
Las plantas purificadoras en todo el país (en su mayoría) utilizan una serie de filtros para lograr
producir un agua consumible para el ser humano y para que cumpla con las normas oficiales
mexicanas en materia de agua potable. A continuación se detalla cada sistema de purificación:
2.6.1 Tratamientos físicos
Los tratamientos físicos al agua consisten en llevar a cabo la eliminación de ciertas partículas o
sustancias que no deseamos por medio de filtros o métodos que no intervengan con la
composición del líquido.
2.6.1.1 Floculación
La floculación es la agitación del agua tratada químicamente para inducir la coagulación, de esta
manera, pequeñas partículas en suspensión se encuentran entre sí y se aglomeran para formar
flóculos de tamaño considerable para que de esa manera se puedan asentar en el fondo del
recipiente que contiene el líquido por efecto de la gravedad. La función principal de la
floculación es la de eliminar la turbidez del agua (Viessman & Hammer, 2004).
2.6.1.2 Filtro de arena
Los filtros de arena consisten en un equipo que contienen un lecho de arena de cierto tamaño
de partícula bien definido, para que al hacer pasar un líquido, remueva los contaminantes que
no puedan atravesar el lecho debido al tamaño de partícula que tienen. Existen dos tipos de
filtros de arena y sirven para distintos propósitos:
Filtro rápido de arena. Es el tipo de filtro más utilizado ya que consiste en un equipo que
contiene un lecho de arena por el cual se hace pasar el agua a tratar presurizada y sirve
para eliminar partículas en suspensión de un tamaño relativamente grande; éstas
quedan adheridas a la arena en la parte superior del filtro y el agua pasa sin
impedimentos.
Filtro lento de arena. En este tipo de filtro se hace pasar el agua a tratar por efecto de la
gravedad a través de un lecho de arena con un tamaño de partícula más pequeño que la
arena del filtro rápido. Debido a que esta filtración se lleva por medio de la acción de la
gravedad, la filtración se lleva a cabo con un rango de flujo aproximado de 0.04 – 0.4
m3/h.
53
Una ventaja muy considerable de esta filtración es que provee cierto grado de
protección contra patógenos microbianos que son nocivos para la salud ya que son
filtrados por medio de la arena (LeChevallier & Au, 2004).
Las dimensiones que pueden adquirir estos equipos de filtración están sujetas a los fabricantes,
ya se tienen medidas bien definidas en cuanto a flujos y diámetros de los filtros por lo que
cuando se quiere instalar un equipo, hay que considerar los tamaños comerciales.
2.6.1.3 Filtros de carbón activado
El carbón activado es un material que se fabrica para alcanzar una superficie interna muy
grande (entre 500 – 1500 m2/g) lo que hace que este producto tenga una gran capacidad para
adsorber sustancias solubles en el agua.
Estos filtros por lo regular tienen forma tubular y contienen un lecho de carbón activado por el
cual se hace pasar el agua a tatar y se realiza la separación de contaminantes por medio del
fenómeno de adsorción.
Algunas de las sustancias que son adsorbidas por el carbón activado son21:
Sustancias no polares como:
o Aceites minerales
o Polihidrocarburos aromáticos (PACs)
o Fenol
adsorbe sustancias halogenadas como el Yodo, Bromo, Cloro, y Flúor
Levaduras
Productos de fermentación
Elimina el olor, sabor y color del agua
Entre otros.
Existen gran cantidad de empresas que fabrican filtros de carbón activado y sus medidas están
estandarizadas por lo que se deben tomar en cuenta cuando se requiere usar un filtro.
2.6.1.4 Filtro pulidor
El filtro pulidor consiste en un recipiente cerrado a presión que contiene una serie de varillas o
haz de tubos que sirven de soporte para el medio filtrante ya sea polietileno, algodón, resina
melamínica, resina fenólica o acero inoxidable, dependiendo el uso que se le vaya a dar. Este
tipo de filtros se utiliza después de un filtrado previo y sirve para eliminar partículas
21
Fuente: http://www.lenntech.es/adsorcion-carbon-activado.htm consultado en mayo del 2013.
54
suspendidas que no fueron eliminadas con anterioridad además de darle brillo al líquido
eliminando la turbidez.
2.6.1.5 Radiación ultravioleta
Se ha comprobado que la radiación ultravioleta es muy efectiva para eliminar todo tipo de
patógenos microbianos del agua, sobre todo cuando se expone a una longitud de onda
especifica de 254 nm; así, entre más tiempo se exponga el agua a la radiación, más efectiva será
la eliminación de microorganismos; sin embargo, se ha comprobado que con solo unos
segundos basta para que el agua quede libre de contaminantes biológicos casi en su totalidad.
La desinfección con radiación ultravioleta no produce efecto alguno en el agua, ni en su olor,
sabor o color ya que no interviene ningún compuesto químico y solo afecta a los organismos
vivos.
Las dimensiones de los equipos están estandarizadas y usualmente se dimensionan de acuerdo
al flujo volumétrico de agua que se va a desinfectar.
2.6.2 Tratamientos químicos
Los tratamientos químicos de purificación son aquellos donde por medio de la utilización de
sustancias químicas, se logra la modificación en las estructuras de las partículas que se
encuentran como contaminantes en el agua para que puedan ser separadas fácilmente por
medio de tratamientos físicos.
2.6.2.1 Coagulación
La coagulación es el proceso de añadir sustancias químicas al agua para recolectar partículas
suspendidas y conglomerarlas con el fin de eliminarlas posteriormente por una sedimentación o
filtración de arena. Una de sus principales funciones es llevar a cabo la eliminación de
contaminantes que pueden interferir con la desinfección con cloro (Viessman & Hammer, 2004).
El coagulante más utilizado por su alta efectividad es el sulfato de aluminio (Al2SO4)3, pero
también son ampliamente utilizadas sales de hierro. Estos compuestos añadidos al agua turbia,
desestabilizan la suspensión coloidal para producir aglomeraciones entre las partículas. La
coagulación reduce las fuerzas netas de repulsión entre las partículas y la floculación induce la
aglomeración de las partículas desestabilizadas para que puedan separarse más fácilmente por
una filtración de arena y así eliminar la turbidez del agua.
El pH tiene gran influencia en el proceso de coagulación, debido a que la proporción que se
añade al agua de coagulante está en función del potencial de hidrogeno. A pH’s de 5.5 a 7.8
unidades, se requiere la cantidad mínima de sal, en cambio, sí el valor de pH se sale del rango, la
55
cantidad de coagulante necesario para llevar el proceso eficientemente crece exponencialmente
(Cohen & Hannah, 1971).
2.6.2.2 Cloración
El cloro es un desinfectante muy efectivo cuando el agua no es turbia y el pH del agua a tratar
no es alcalino (pH > 8). La mayoría de las aguas a tratar tienen un pH inferior a 8 unidades por lo
que la desinfección raras veces es comprometida por el pH22.
El cloro, ya sea en su forma pura como gas, como hipoclorito de sodio o como hipoclorito de
calcio, se disocia con el agua formando ácido clorhídrico y ácido hipocloroso como se muestra
en las siguientes ecuaciones:
( 16 )
El ácido clorhídrico se disocia formando iones de cloro e hidrogeno.
( 17 )
El ácido hipocloroso solo se disocia parcialmente.
( 18 )
Este ácido hipocloroso es el que actúa como agente desinfectante y el equilibrio de esta
reacción va a depender de la acidez del agua, a un pH alcalino, las formas disociadas van a
predominar y a un pH ácido, predominará la forma no disociada. Esta es la razón por la cual la
desinfección por medio de cloro se da mejor en un medio ácido aunque hay que tomar en
cuenta que cuando se utiliza cloro gaseoso, el pH del agua disminuye ligeramente, por el
contrario, si se añade hipoclorito el pH tiende a aumentar un poco.
El proceso de cloración cambia sustancialmente si en el agua a tratar se encuentra presente el
amoniaco u otras sustancias orgánicas, en dicho caso, el amoniaco reaccionara por efecto del
pH y las concentraciones del ión y el ácido hipocloroso formando las siguientes tres
combinaciones según (Carrasco, 1997):
Monocloroamina ( 19 )
Dicloroamina ( 20 )
Tricloroamina ( 21 )
Las cloroaminas formadas también son bactericidas pero en una relación mucho menor que el
cloro (el cloro es 30 veces más activo que la dicloroamina y ésta, a su vez unas 3 a 5 veces más
22
Fuente: Reporte del WHO consultado de la página http://www.who.int/water_sanitatión_health/dwq/S13.pdf en mayo del 2013
56
activa que la monocloroamina) y por esto es necesario clorar con una concentración 5 veces
mayor que la del amoniaco.
2.6.2.3 Ozonificación
El ozono al ser un gas altamente oxidante y que reacciona con la mayoría de las moléculas
orgánicas y varias inorgánicas, es más reactivo que el cloro. Las reacciones que lleva a cabo el
ozono son rápidas inactivando microorganismos, oxidando fierro, manganeso, sulfuros y nitritos
y son lentas al oxidar compuestos orgánicos como el ácido húmico y fúlvico, pesticidas y materia
orgánica volátil (Viessman & Hammer, 2004).
Un sistema de ozonización consiste en generar el ozono en el lugar donde se va a utilizar por
medio de aire comprimido y su contacto con electricidad en altos voltajes y hacerlo pasar a
través del agua que se quiere purificar para que se lleve a cabo la eliminación de los
microorganismos.
Actualmente existen varias empresas que comercializan con equipos generadores de ozono y
son muy adaptables a los diseños de plantas purificadoras de agua.
2.6.2.4 Filtro suavizador.
Los filtros para la suavización (o intercambio iónico) del agua consisten en un equipo empacado
por una resina de intercambio que ayuda a reducir o eliminar los contenidos de calcio y
magnesio (dureza) del líquido a tratar. La resina que se utiliza puede ser de diversos materiales,
pero el más común es la zeolita, esta permite el intercambio de iónes de sodio por otros de
calcio y magnesio para así llevar a cabo su eliminación ejemplificado en la ecuación ( 22 ).
( 22 )
Una gran ventaja de estos filtros es su capacidad de regenerarse por medio de un retrolavado
con una solución salina intercambiando iones de calcio y magnesio por otros de sodio ( 23 ) para
ser separados de la resina y así volverse a utilizar en la purificación del agua.
( 23 )
Los equipos comercializados en México tienen dimensiones estandarizadas y para adquirir uno
es necesario conocer el caudal que se va a manejar y la dureza del agua a tratar expresado en
concentraciones de CaCO3.
57
III. ESTIMACIÓN DEL ÁREA Y LOS VOLÚMENES POTENCIALES DE
CAPTACIÓN
Como se ha mencionado a lo largo de este trabajo, el área de captación del sistema es una parte
fundamental que debe ser estudiada detenidamente ya que de ésta depende la cantidad de
agua que es posible captar y aprovechar.
Para estudiar y dimensionar el área de captación se utilizó un mapa de la unidad territorial
“Paraje San Juan”23 generado por el INEGI, donde además se incluye un informe de diferentes
datos demográficos que son de relevancia para los cálculos básicos.
Por medio de las imágenes satelitales que Google pone a disposición de cualquier usuario en el
Internet, se localizaron los límites de la unidad territorial Paraje San Juan y se procesaron por
medio de un software llamado “Google Maps Area Calculator Tool24”para obtener el área total y
las áreas por manzana del territorio bajo estudio.
Se estimó una superficie total en el territorio de 582,923 m2 pero al tomar en cuenta que el área
donde se puede captar el agua de lluvia es el techo de cada hogar en la comunidad, se realizó el
procesamiento de las imágenes satelitales de cada manzana a fin de obtener la superficie total
de captación y considerando que muchas de las casas cuentan con patios o lugares donde no se
puede captar la lluvia, porque representan lugares de tránsito de peatones, por lo que el área
estimada por manzana se afectó por un coeficiente estimado del 70%, obteniéndose un área
efectiva de captación de 325,478 m2 considerando las 66 manzanas del territorio.
En la tabla IV-1 del Anexo IV se observan tanto las áreas como los perímetros de cada manzana
obtenidos del procesamiento por medio del software y en la tabla III-2 se observan las áreas ya
afectadas por el valor de 70% de superficie efectiva.
3.1 Potencial de captación
La precipitación media de la Ciudad de México según la CONAGUA de 1941 a 201025 es de 723
mm de agua al año por cada metro cuadrado de territorio por lo que al realizar el cálculo por
medio de la ecuación ( 1 ) se obtiene el volumen de agua que cae sobre el territorio en estudio:
23
El mapa se encuentra en el anexo III. 24
El software puede ser utilizado desde la página: http://www.daftlogic.com/projects-google-maps-area-calculator-tool.htm 25
En el anexo V se muestra el informe de la CONAGUA.
58
Este es el volumen de agua que cada año se desperdicia en su totalidad, debido a que no se
dispone de ella para un uso productivo y fluye por los drenajes pluviales.
El volumen de agua que se va a captar debido al área efectiva de captación solo es una parte del
total que cae sobre el territorio, ya que solo se consideran las azoteas de los hogares y el
material del que están hechas, así como de los aditamentos necesarios para la captación, tal
como se expuso con anterioridad, la gran mayoría de las casas en la colonia Paraje San Juan
están construidas con losa de concreto por lo que al tomar en cuenta los datos de la Tabla 1, el
factor de escurrimiento será de 0.8 y el volumen potencial que se captaría será:
Ya sabiendo que en la unidad territorial Paraje San Juan habitan alrededor de 12,000 personas,
a cada habitante le corresponderían 15.7 m3 al año de agua de lluvia.
3.2 Volumen de agua captado en la superficie prototipo
Llevando a cabo un análisis más riguroso, se analizó en particular la manzana que tenía las
medidas promedio de superficie de captación para realizar el estudio. La superficie promedio de
recuperación es de 4,931 m2 y la manzana No. 4526 tiene un área de captación efectiva (AEC) de
4,914 m2 por lo que es la indicada para llevar a cabo el diseño del prototipo.
Se sabe también que la manzana No. 45 cuenta con 30 viviendas y se requiere dotar de 40 litros
diarios de agua purificada, lo que equivale a 2 garrafones de tamaño comercial, por lo que el
volumen requerido diario por vivienda sería: y el volumen demandado mensual
por vivienda sería de: y con un periodo de almacenamiento mínimo (Tmin) de 5
días.
El volumen de agua que se puede captar puede obtenerse por medio de la ecuación ( 2 )
utilizando la precipitación media anual de 723 mm, pero para obtener un cálculo más preciso
del volumen de agua que se requiere captar en cada mes del año, se recurrió a las
precipitaciones medias mensuales que la CONAGUA reporta desde el año 1941 al 2010 y cuya
información se puede analizar en el Anexo IV.
Al seguir el cálculo que muestra la sección 2.4.2.3 y considerando un coeficiente de
escurrimiento de 0.7, se genera la
Tabla 3 para el cálculo del volumen óptimo de almacenamiento.
26
Ver anexo III.
59
Tabla 3. Calculo del volumen óptimo de almacenamiento, para la manzana considerada prototipo.
MES Precipitación
media (mm)
Vol. Liquido captado al mes
VLM (m3)
Vol. Liquido captado al día VLD
(m3)
Diferencia diaria
VLD-VDR
(m3)
Diferencia mensual VLM-VDM
(m3)
ENERO 8.10 27.86 0.90 - 0.30 - 8.14
FEBRERO 5.40 18.57 0.64 - 0.56 - 17.43
MARZO 9.30 31.99 1.03 - 0.17 - 4.01
ABRIL 23.40 80.49 2.68 1.48 44.49
MAYO 49.80 171.30 5.53 4.33 135.30
JUNIO 123.60 425.16 14.17 12.97 389.16
JULIO 155.60 535.23 17.27 16.07 499.23
AGOSTO 148.50 510.81 16.48 15.28 474.81
SEPTIEMBRE 128.20 440.98 14.70 13.50 404.98
OCTUBRE 53.80 185.06 5.97 4.77 149.06
NOVIEMBRE 11.20 38.53 1.28 0.08 2.53
DICIEMBRE 6.30 21.67 0.70 - 0.50 - 14.33
Al sumar los déficits de agua en los meses de sequía, el volumen que se requiere para
almacenar resulta de 43.9 m3, cantidad que se lograra almacenar desde el mes de noviembre
para satisfacer la demanda hasta marzo.
Se prevé un almacenamiento mínimo de 5 días y como la demanda diaria es de 1.2 m3, se
requerirá al menos de un almacenamiento de 6 m3 de agua, por lo tanto, si se suma el
almacenamiento mínimo y el volumen necesario para abastecer la demanda en los meses de
sequía, el volumen total de almacenamiento requerido será de 49.9 m3.
Este volumen de almacenamiento es el que el sistema requerirá para su buen funcionamiento
pero se debe prever que se necesitan dos cisternas para almacenar el agua; una para contener
el agua que escurre de la superficie de captación y otra donde se almacene el agua purificada.
Esta última unidad de almacenamiento debe ser de polietileno y con recubrimiento antibacterial
para evitar cualquier contaminación; su volumen puede ajustarse a medidas comerciales, tales
como las ofertadas por la empresa Rotoplas.
Entonces el volumen mínimo necesario para abastecer a la manzana de agua purificada es de 6
m3 en al menos 5 días, por lo que la cisterna debe ser de 10 m3 de capacidad por cualquier
eventualidad y la cisterna para almacenar el agua de lluvia que escurre es la diferencia del
60
volumen de la cisterna de polietileno y el almacenamiento total requerido, por lo que se
necesita de una cisterna de 40 m3 de capacidad más 5 m3 adicionales para evitar cualquier
problema y que la cisterna no quede vacía.
También se prevé instalar 2 tanques más de polietileno de 10 m3 y 5 m3 para que la persona
encargada de la distribución del agua pueda disponer del volumen de agua extra para fines
comerciales y así se sostenga él y su familia dando el servicio a las familias de la manzana. Con
esta medida se asegura la buena administración del sistema y se pueden asegurar buenas
prácticas de manufactura.
3.3 Caudal de escurrimiento y tuberías
El volumen de agua total que se va a captar por medio de las superficies debe ser conducido
hacia el sedimentador por medio de tuberías y para ello debe considerarse el máximo caudal
que podría escurrir en la superficie y que va a ser conducido, es decir considerar que caerán
155.6 mm de agua por metro cuadrado (porque julio es el mes con mayor precipitación) y
efectuar los cálculos indicados en la sección 2.2.
Primero se calcula el tiempo de concentración con la ecuación número ( 3 ) considerando una
pendiente de
(0.5%) y una longitud de tubería L = 367 m(27) que se dividirá en dos
partes pues se pretende que el fluido se bifurque en un punto para su transporte, así:
(( )
( ) )
En seguida se calcula el tiempo en que se alcanza el máximo escurrimiento tp con la ecuación ( 4
).
√ ( )
Y también se obtiene el tiempo que transcurre al drenar la mitad de la superficie de captación,
pues solo consideramos la misma proporción de tubería.
( )
Y por último con la ecuación ( 6 ) se obtiene el gasto máximo esperado que fluirá por el
conducto.
( )( )
⁄
27
Se considera L = 367 debido a que es el perímetro de la manzana (Anexo IV).
61
Para calcular el diámetro mínimo de la tubería, se ocupa el algoritmo del autor Valiente2006
anteriormente descrito. Para el cálculo se sabe que L = 367 m; V = 0.9 m/s debido a la pendiente
de escurrimiento; = 998 Kg/m3; ; la rugosidad del PVC es de
0.0015 mm28 y una pérdida de carga por fricción del 10% de la longitud equivalente a: 36.7 m.
Tabla 4. Aproximaciones sucesivas para obtener el diámetro mínimo.
(m) Re
0.01 0.082738 0.000018 41286.23 0.0187
0.03 0.103069 0.000015 51431.54 0.0170
0.02 0.095041 0.000016 47425.43 0.0181
0.018 0.093059 0.000016 46436.53 0.0184
0.021 0.095973 0.000016 47890.47 0.0182
El diámetro mínimo es de 0.0959 m lo equivalente a 3 ¾ in, que llevado a un tamaño comercial,
se ajustara a 4 in y si la longitud estándar de comercio es de 20 pies por tubo, se deberán
adquirir 60 tubos para instalar 367 m de tubería.
3.4.1 Bajantes y desviadores de primera descarga
Las bajantes y los desviadores de primera descarga deben tener el mismo diámetro del
conducto para que no se tenga problema alguno con el caudal que se va a manejar y por ende
serán de 4 in.
3.4 Sedimentador
La dimensión del sedimentador será comercial y se propone de 1,200 L puesto que es la
capacidad más común entre tanques de almacenamiento de agua doméstica. Se sabe también
que el gasto volumétrico máximo que entrará al sedimentador por medio de una sola bajante es
de pero al haber divido el flujo en dos canales, con ambas bajantes
funcionando entrarían al sedimentador , así entonces se puede conocer en
cuanto tiempo el sedimentador se llenaría si la precipitación alcanza los máximos
escurrimientos.
28
Fuente: Computer Applications in Hydraulic Engineering, 5ta Edicion, Haestad Methods
62
Si la precipitación alcanzara valores máximos de escurrimiento y circularan 0.04332 m3/s de
agua por la bajante al sedimentador, éste se llenaría en 27.7 s y empezaría a drenarse por la
parte superior para después fluir hacia la cisterna anterior al sistema de purificación, la cual se
llenaría al cabo de 26 minutos.
3.5 Capacidad de purificación
Ya se expuso anteriormente que se requieren de 1.2 m3 de agua purificada por día, equivalente
a 60 garrafones de tamaño comercial, pero suponiendo que la demanda será máxima en
determinada hora del día, esos garrafones deben abastecerse en al menos una hora solo para
satisfacer la demanda de la población beneficiada con la distribución.
Debido a que el sistema será administrado por un particular, el cual tiene que adquirir un
beneficio por su trabajo, se considerará una producción de 100 garrafones por hora y así poder
producir potencialmente 800 garrafones de agua purificada por día, 60 de ellos serán para las
familias de la manzana.
Realizando un análisis de la Tabla 3, se puede observar que solo en los meses de julio y agosto se
podrá alcanzar la producción máxima de agua purificada debido a la captación de agua de lluvia
ya que solo se contará con 15 m3 al día de capacidad para purificar, lo equivalente a 750
garrafones de agua por día que estarán a disposición del administrador para su beneficio. El
administrador deberá recurrir a pipas de agua potable cuando el líquido debido a la lluvia no le
sea suficiente para satisfacer la demanda de sus clientes. Para ello se sugiere que se establezcan
convenios de suministro que resulten confiables, para evitar un total desabasto en alguna
eventualidad de la temporada de lluvia.
63
IV. SELECCIÓN Y ESPECIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES Y
EQUIPOS
Ahora bien, ya que se conocen los volúmenes de agua que se pueden y que se requieren captar,
además de los caudales de escurrimiento máximos, las dimensiones de los equipos y las
instalaciones dependerán de los valores anteriormente calculados, ya que deben ser óptimos
debido a los gastos innecesarios que implicaría comprar equipos que estuviesen
sobredimensionados.
La localización de las instalaciones se muestra en la Figura 23, el lugar fue escogido debido al
espacio disponible con que se cuenta y por la comodidad que implicaría instalar el sistema de
captación y purificación del agua de lluvia.
Figura 23. Localización del predio donde se encontrarán las instalaciones del sistema de purificación y capación del agua de lluvia.
4.1. Rejillas
Los techos de la unidad territorial Paraje San Juan, cuentan con tubos que drenan el techo del
agua de lluvia y tienen un diámetro de 2 in, por lo que se requerirá de rejillas de 1 pulgada más
para contener cualquier desecho o residuo de tamaño considerable que se encuentren en las
azoteas.
64
Si son 30 casas por manzana y cada casa cuenta en promedio con 2 desfogues sin contar con las
viviendas que se encuentran en cada esquina que tienen al menos 4, en total se necesitaran
adquirir:
Para lograr que el agua de lluvia esté libre de hojas y de contaminantes solidos de tamaño
considerable, en la manzana se requerirán de 68 rejillas de 3 pulgadas para que se tenga espacio
suficiente para ser sujetadas y de acero galvanizado para que su tiempo de vida sea
considerable.
Comercialmente se manejan mallas de alambre de 1 m2 y se cortarán cuadros de 3” por 3”, se
obtendrían:
( )
Lo suficiente para colocar rejillas en todos los desfogues de la manzana 2.5 veces, así que se
tendrían repuestos para prevenir cualquier eventualidad.
4.2 Tubería de conducción
Para la selección de la tubería que se utilizará para conducir el agua de lluvia de los techos hasta
la bajante, se recurrió al cálculo del caudal de escurrimiento máximo y a tomar en cuenta el
perímetro de la manzana y se llegó a la conclusión de que se requerirán 60 tubos de 4 pulgadas
y 20 pies de largo para transportar el líquido.
Tomando en cuenta la optimización de las dimensiones y costo de adquisición de las tuberías,
se puede observar que no se requiere forzosamente que la tubería sea en su totalidad de 4
pulgadas puesto a que no en toda la trayectoria del canal se transporta el gasto volumétrico que
se pretende conducir. En el primer tramo solo se conducirá el gasto volumétrico que aportaría
una sola casa, en un segundo tramo, sería el caudal de la primera casa y de la segunda, así
consecutivamente hasta llegar al sedimentador, entonces siguiendo una vez más el algoritmo de
la sección 2.2, se realizan los cálculos necesarios para obtener los diámetros mínimos por cada
tramo que atraviese una vivienda.
65
Tabla 5. Resultados del algoritmo de cálculo para obtener el diámetro mínimo de la tubería por tramo.
VIVIENDA A m2 L (m) hL Tc (h) Tp (h) Tb (h) Qp m3/h Qp m3/s f (m) (in) 1 164.4 12.2 1.22 0.0071 0.1726 0.461 15.431 0.0043 0.024 0.0517 2.04
2 328.7 24.5 2.45 0.0121 0.2270 0.606 23.457 0.0065 0.024 0.0607 2.39
3 493.1 36.7 3.67 0.0165 0.2668 0.712 29.939 0.0083 0.023 0.0666 2.62
4 657.5 48.9 4.89 0.0206 0.2994 0.799 35.579 0.0099 0.022 0.0708 2.79
5 821.8 61.2 6.12 0.0245 0.3274 0.874 40.662 0.0113 0.022 0.0747 2.94
6 986.2 73.4 7.34 0.0281 0.3524 0.941 45.339 0.0126 0.022 0.0780 3.07
7 1150.6 85.6 8.56 0.0317 0.3750 1.001 49.702 0.0138 0.021 0.0801 3.16
8 1314.9 97.9 9.79 0.0351 0.3959 1.057 53.812 0.0149 0.021 0.0827 3.26
9 1479.3 110.1 11.01 0.0385 0.4153 1.109 57.712 0.0160 0.021 0.0851 3.35
10 1643.7 122.3 12.23 0.0417 0.4335 1.157 61.434 0.0171 0.021 0.0872 3.43
11 1808.0 134.6 13.46 0.0449 0.4506 1.203 65.002 0.0181 0.021 0.0892 3.51
12 1972.4 146.8 14.68 0.0480 0.4669 1.247 68.436 0.0190 0.021 0.0911 3.59
13 2136.8 159.0 15.90 0.0510 0.4825 1.288 71.750 0.0199 0.021 0.0928 3.65
14 2301.1 171.3 17.13 0.0540 0.4973 1.328 74.959 0.0208 0.021 0.0945 3.72
15 2465.5 183.5 18.4 0.0570 0.5116 1.366 78.071 0.0217 0.021 0.0960 3.78
En la Tabla 5 se muestran los resultados de los cálculos para obtener los diámetros mínimos de
las tuberías que deben ser instaladas en cada sección delimitada por las viviendas de la
manzana. Se tomó en cuenta que cada casa tiene una longitud frontal aproximada de 12.2 m
por lo que para la primera sección se requiere una tubería de 2 in de diámetro y si su longitud
comercial es de 20 pies:
Para las viviendas 2 a la 6 se necesitan tubos de 3 in de diámetro y para las 5 viviendas se
requerirán:
Por ultimo en las viviendas 7 a la 15 requerirán de tubos de 4 in, para cubrir las 9 viviendas
restantes se requerirán:
66
Y debido a que el perímetro fue dividido en dos partes como se muestra en la Figura 24, se
requerirán en total el doble de tubos.
Figura 24. División del perímetro de la manzana en dos y localización de los sentidos de los conductos, las líneas en azul y rojo indican las tuberías en distintas direcciones y el punto en amarillo indica el punto de convergencia donde se encontrará el sedimentador29.
También debe tomarse en cuenta las uniones de las tuberías, codos, tees y reducciones que se
pueden necesitar. Tomando en cuenta el número de tubos de cada tamaño, el número de
viviendas y el tamaño de las longitudes de las tuberías, se generó la Tabla 6 que indica los
accesorios y las cantidades que se necesitan para la manzana.
29
Fuente: Google Maps.
67
Tabla 6. Cantidad mínima de accesorios necesarios por manzana.
Accesorio a adquirir
Diámetro Tubos Uniones codos Tees reducciones
2" 4 2 1 6 1 de 3" a 2"
3" 20 10 0 20
4" 36 18 9 42 1 de 4" a 3"
La tubería será instalada a la altura del primer piso de las casas debido a que no todas las casas
son de dos pisos o más, es por eso que se instalara desde una altura de 2.7 m ya que esa es la
altura mínima a la que se encuentra un techo de un primer piso de la manzana. Considerando
que un 70% de las casas tienen 2 pisos (21 viviendas), se requerirán más tubos de 2” para
conectar las azoteas a los conductos que serán:
Entonces se requerirán de 19 tubos más uno adicional (20 tubos de 2”) para compensar la
pendiente de 0.5% con que se instalara el conducto y además se necesitaran también de 41
codos de 2” para conectar todos los desfogues.
El material elegido para los conductos es el PVC debido a su relativo bajo costo y alta
resistencia, no cabe duda que es innecesario utilizar otro material debido a que el agua
transportada hacia el sedimentador todavía no será para el consumo final del producto.
4.3 Bajante y desviador de primeras descargas
El sistema contara con dos bajantes y dos desviadores de la primera descarga debido a que
llegaran dos corrientes en direcciones opuestas para alimentar el sedimentador que estará
colocado en el subsuelo junto a la cisterna. La altura de la bajante y el desviador está dada por
la pendiente de los conductos que es de 0.5% y terminará su recorrido con una disminución en
su altura de 2.7 m a 1.78 m sobre el nivel del suelo.
Dado lo anterior, la desviación de la primera descarga tendrá una altura de 1.7 m y un diámetro
de 4 in, se unirá con una tee a la bajante y al conducto que descarga hacia el sedimentador
como lo muestra la Figura 25, donde se muestran las dimensiones óptimas de los conductos.
68
Figura 25. Bajantes, desviadores de la primera descarga y conducto hacia el sedimentador.
Dado lo anterior también se requerirá de 2 tubos, 2 codos y dos válvulas de paso de 4” de
diámetro, además de 2 tees de 4”x4”x4”.
4.4 Dimensiones optimas del sistema de almacenamiento
El sistema de almacenamiento constará del sedimentador, la cisterna de almacenamiento
previo al tratamiento y los recipientes que almacenarán el agua ya purificada. Esta parte del
sistema de captación de agua de lluvia es de suma importancia ya que de esta dependerá la
capacidad de almacenar el líquido cuando escasea y asegurar el abasto continuo.
4.4.1 Sedimentador
Ya se mencionó en el apartado 3.4 que el sedimentador tendrá un volumen de 1.2 m3 ya que es
una medida comercial de uso común y por ende tiene un costo reducido. Las medidas del
tanque se encuentran estandarizadas y para instalarse en el subsuelo debe tomarse en
consideración el tipo de suelo de la unidad territorial.
El manual de instalación de cisternas de Rotoplas, da a conocer un sencillo procedimiento para
conocer el porciento de expansión del suelo del lugar en donde se instalara el tanque. Llevando
69
a cabo la medición, se encontró que el suelo de la unidad territorial tiene un coeficiente de
expansión del 10% y tiene un nivel muy bajo de expansión.
Para conocer las dimensiones de la excavación que se debe hacer para instalar la cisterna en el
subsuelo, en el Anexo VI se encuentra una tabla de medidas según el volumen de la cisterna y el
coeficiente de expansión que se tengan, por lo que para una tanque de 1,200 L y una expansión
del suelo muy baja, se tendrán las dimensiones que se muestra en el diagrama de la Figura 26.
Figura 26.dimensiones óptimas del sedimentador y de su instalación en el subsuelo.
En la figura anterior se observan las dimensiones óptimas del sedimentador que requerirá el
sistema de captación de agua de lluvia del presente trabajo. La instalación del sedimentador
será por debajo de la banqueta abarcando una parte del predio.
70
4.4.2 Cisterna de almacenamiento previo al tratamiento
El volumen de almacenamiento que requiere el sistema es de 49.9 m3 para satisfacer la
demanda diaria de agua como se expuso anteriormente, por lo que se prevé construir una
cisterna de 45 m3 de concreto reforzado y la instalación de otra de 10 m3 (después del
tratamiento) de polietileno para contar con 55 m3 en total ya que se pretende dejar libre un
rebase de 5 m3 por seguridad. La cisterna que se requerirá contará con las siguientes
especificaciones propuestas debido al análisis de la Normas Oficiales Mexicanas:
La dimensión propuesta para la cisterna es de 2.5 m de altura, 3 m de ancho y 6 m de
largo, contará con muros de 15 cm de espesor y el techo reforzado con varilla de acero,
para resistir el paso continuo de vehículos.
Debe contar con una tapa con cierre sanitario, la cual debe sobresalir por lo menos 10
cm del nivel del suelo.
La tapa debe tener una dimensión adecuada como para que una persona pueda ingresar
a realizar trabajos de limpieza o mantenimiento, por lo que se propone una tapa de 60
cm x 60 cm.
Se debe instalar con una pendiente de aproximadamente 1%, dirigida a un sistema de
desagüe.
Debe contar con un rebosadero lo suficientemente amplio como para desfogar la
cantidad de líquido que entra en exceso.
Se dará un acabado fino e impermeabilizante para proteger el agua almacenada de
posibles infiltraciones.
La entrada y el desfogue de la cisterna deben estar recubiertas por una malla que evite
el paso de insectos y basura.
Dadas las condiciones anteriores, el esquema mostrado en la Figura 27 muestra las dimensiones
de la cisterna de 45 m3 que se necesitará para el sistema de captación.
Debido al gran tamaño de la cisterna, se propone llevar a cabo su construcción bajo la calle justo
enfrente de la vivienda cerca del sedimentador y no tan lejos del lugar donde se llevará a cabo
la purificación y distribución del agua de lluvia.
71
Figura 27. Isométrico de la cisterna del sistema de captación de agua de lluvia con capacidad de 45 m3.
Figura 28. Boceto del sistema de almacenamiento previo al tratamiento.
72
A modo de ejemplificar la ubicación del sistema de almacenamiento, en la figura 28 se observa
el sedimentador conectado por medio de una tubería de 4” a la cisterna de 45 m3, el cual forma
parte del almacenamiento previo al sistema de purificación.
4.4.3 Recipientes de almacenamiento de agua purificada.
Se instalarán dos tanques de 10 m3 y uno de 5 m3. El primer tanque almacenará el agua
purificada que abastecerá las viviendas de la manzana y los dos restantes servirán para generar
un provecho económico del sistema de captación, en favor de quien lo opere y administre.
En el esquema de la Figura 26 se observan las dimensiones de la instalación de un tanque de 1.2
m3 en el subsuelo, de igual manera se instalarán los recipientes de 10 y 5 m3 que se tienen
previstos no sin antes considerar las dimensiones de la excavación mostradas en el Anexo VI.
Estos tanques contendrán el agua purificada, por lo que se requerirá poner especial cuidado en
ellos y será el administrador del sistema de captación quien se encargue de su supervisión,
mantenimiento y operación.
4.5 Sistema de purificación
Se pretende tratar y purificar el agua de lluvia para hacerla consumible para el ser humano y
para ello se deben emplear métodos de tratamiento adecuados para eliminar los contaminantes
peligrosos para la salud presentes en el agua.
Anteriormente en la sección 2.5 de este documento técnico se expusieron los diversos
contaminantes a los que el agua de lluvia está expuesta y los que lleva consigo en distintas
proporciones.
La NOM-027-SSA1-1994 indica que métodos de tratamiento se deben aplicar al agua para
purificarla de acuerdo a los contaminantes presentes.
Las concentraciones de los principales componentes del agua de lluvia comparadas con los
límites máximos permisibles se pueden observar en la Tabla 7.
73
Tabla 7. Concentraciones de contaminantes en el agua de lluvia y sus límites máximos permisibles
ESPECIE (ppm) cada 5 días de lluvia30 (ppm) NOM-127-SSA1-1994
NITRATO 55.12 10
SULFATO 54.19 400
CLORURO 8.41 250
AMONIO 38.31 N/A
CALCIO 8.41 N/A
SODIO 2.80 200
MAGNESIO (1993) 1.35 N/A
DUREZA CaCO3 26.34 500
POTASIO 23.64 N/A
El único contaminante químico detectable en el agua de lluvia que no cumple con la norma es el
ión nitrato.
En teoría el agua de lluvia se encuentra libre de patógenos peligrosos para la salud humana,
pero debido a que la lluvia se captará en azoteas de la colonia, estas pueden tener todo tipo de
contaminantes bacteriológicos que deben ser eliminados mediante métodos químicos de
purificación.
La NOM-027-SSA1-1994 también indica los límites máximos permisibles de características
bacteriológicas (Tabla 8) y las características físicas y organolépticas (Tabla 9) a los que el agua
purificada debe ajustarse.
Tabla 8. Límites máximos permisibles de características bacteriológicas según la NOM-027-SSA1-1994.
Contaminante Límite máximo permisible
Organismos coliformes totales 2 NMP/100 ml31
2 UFC/100 ml32
Organismos coliformes fecales no detectable NMP/100 ml
cero UFC/100 ml
30
Las concentraciones de los contaminantes presentes en el agua de lluvia se obtuvieron a partir de cálculos realizados con base en el diagrama que se muestra en el anexo II y que fue obtenido de (SMA, 2011). 31
NMP/100 ml = número más probable por 100 ml 32
UFC/100 ml = unidades formadoras de colonias por 100 ml
74
Tabla 9. Características físicas y organolépticas del agua purificada según la NOM-027-SSA1-1994.
Característica Limite permisible
Color 20 unidades de color verdadero en la escala de platino-cobalto.
Olor y sabor Agradable (se aceptarán aquellos que sean tolerables para la mayoría de los consumidores, siempre que no sean resultados de condiciones objetables desde el punto de vista biológico o químico).
Turbiedad 5 unidades de turbiedad nefelométricas (UTN) o su equivalente en otro método
4.5.1 Especificación y mantenimiento de equipos de purificación
Para asegurar una buena calidad de agua de lluvia purificada, se instalaran los equipos de
purificación que comúnmente tienen las plantas purificadoras de agua y que fueron
mencionados en la sección 2.6 de esta tesis. Aunque el agua de lluvia en apariencia es de una
calidad superior que muchas fuentes de abastecimiento, no está de más aplicarle los todos los
procesos necesarios para eliminar cualquier contaminante que llegase a existir de más, son los
métodos de purificación que recomienda la norma.
4.5.1.1 Especificación del filtro de arena
El filtro de arena se utilizará con el fin de eliminar las partículas en suspensión como lodos,
arcillas, arenas, etc., además de hierro precipitado y se logra la eliminación casi en su totalidad
de la turbiedad del agua.
Se eligió un tanque en fibra de vidrio de lecho profundo o multicapa, debido a que emplea al
menos cuatro capas de medios filtrantes con espesores escalonados que ayudan a eliminar
gradualmente diferentes partículas en relación con su tamaño; son ampliamente utilizados en
las plantas potabilizadoras de agua.
Se eligió un filtro de arena de la marca Structural, de 9” de diámetro por 48” de alto, válvula
manual Pentair e/s 1”. Contiene arena, grava sílica importada en diferentes granulometrías.
La limpieza del equipo se realiza por medio de un retrolavado con agua purificada del mismo
proceso al menos cada 3 semanas y debe sanitizarse (operación que se realiza con una solución
diluida de hidróxido de sodio). Las arenas deberán cambiarse cada 12 meses para evitar una
mala calidad del agua.
4.5.1.2 Especificación del filtro de carbón activado
El filtro de carbón activado del sistema tendrá la finalidad de eliminar sabores, olores y colores
del agua así como también la adsorción del cloro presente debido al proceso de cloración al que
se había sometido el agua.
75
Se eligió un tanque en fibra de vidrio de carbón activado de la marca Structural, de 9” de
diámetro por 48” de alto, válvula manual Pentair e/s 1”. Contiene carbón activado importado
impregnado en plata coloidal.
El carbón activado, al adsorber los contaminantes presentes en el agua, va perdiendo
paulatinamente su capacidad de retención, por lo que se requerirá de una regeneración del
carbón por medio de al menos un retrolavado en un periodo no mayor de 3 semanas ya que de
no ser así, además de perder actividad, el carbón puede constituir el soporte de cultivo de
microorganismos por la fuerte carga de agentes que acumula.
El carbón de este equipo debe cambiarse por lo menos una vez al año.
4.5.1.3 Especificación del filtro pulidor
El medio filtrante del pulidor retendrá partículas en suspensión de hasta 5 micras que no fueron
retenidas con anterioridad y además da un acabado de presencia cristalina, además de la
claridad propia del agua potable.
Se elegirán 4 filtros de la marca Azul de México de 2.5” de diámetro por 10” de alto.
El fabricante recomienda intercambiar los cartuchos cada 4 o 6 meses o cuando el flujo de agua
disminuye considerablemente.
4.5.1.4 Especificación del filtro suavizador o de intercambio iónico
El filtro suavizador o de intercambio iónico servirá para eliminar principalmente la dureza del
agua, pero como el agua de lluvia es blanda, se enfocará a la eliminación de hierro, cloruros,
nitratos, sulfatos y metales susceptibles al intercambio de iones.
El equipo a adquirir será un tanque en fibra de vidrio suavizador, marca Structural, de 9” de
diámetro x 48” de alto, válvula manual Pentair e/s 1” incluye tanque de salmuera de 18”x33”.
Este equipo contiene resinas de alta capacidad.
La resina del equipo debe regenerarse al menos una vez cada 3 semanas utilizando el tanque de
salmuera para que se lleve de nuevo un intercambio iónico de los contaminantes con el sodio
de la salmuera. La salmuera debe reabastecerse cada que sea necesario.
La resina debe cambiarse al menos una vez por año para evitar un deterioro de la calidad del
agua purificada.
76
4.5.1.5 Cloración
La cloración es necesaria para conservar el agua libre de patógenos peligrosos para la salud y la
eliminación del amonio presente en el agua de lluvia.
La cloración se llevará a cabo mediante la dosificación de hipoclorito de sodio por parte del
administrador de la planta, vertiéndola directamente al tanque de almacenamiento de 45 m3.
4.5.1.6 Especificación de la lámpara de radiación ultravioleta
La lámpara de radiación ultravioleta servirá para eliminar toda forma de vida microbiana nociva
para la salud a través de la irradiación de energía a una longitud de onda específica de 254 nm
hacia el líquido que será tratado.
Se eligió una lámpara de luz ultravioleta con una capacidad de 8 gpm e/s ½”.
Se recomienda cambar de focos cada 12 meses o cuando la capacidad de desinfección
disminuya.
4.5.1.7 Especificación del sistema de ozonización
Para asegurar la inocuidad del producto, se instalará un sistema de ozonización que eliminará
en su totalidad los microorganismos que sobrevivieron a todos los procesos de desinfección
anteriores y además el ozono ayuda a prevenir la formación de trihalometanos cancerígenos
que pueda crear el cloro, haciendo que el uso de este último sea más seguro.
Se requerirá de un equipo de ozonización de 2.4 g/h que se instalará justo antes de que se
almacene el agua purificada.
4.5.1.8 Especificación de la lavadora y llenadora de garrafones.
En el punto final del proceso de captación y purificación de agua de lluvia, se requiere de un
dispositivo que lave y llene los garrafones de agua para asegurar una alta calidad en el producto
y evitar cualquier contaminación del agua.
Para abastecer a la población del líquido requerido diariamente y además de los clientes dela
planta purificadora, se adquirirán dos lavadoras y tres llenadoras de garrafones hechas de acero
inoxidable para asegurar su tiempo de vida útil.
4.5.1.9 Diagrama del proceso de purificación.
Para obtener el mejor precio posible al adquirir una planta purificadora de agua, se pretende
comprar todo el sistema a un solo proveedor quien pone a disposición de sus clientes el
diagrama de proceso óptimo para la purificación de agua que se muestra en la Figura 29.
77
Figura 29. Diagrama de proceso de purificación de agua de la empresa Grupo Agua.
78
V. ESTIMACIONES PRELIMINARES DE INVERSIÓN Y COSTOS DE
OPERACIÓN
El sistema de captación de lluvia que se estudia en esta tesis, requerirá de un financiamiento
inicial para comenzar con la operación del mismo, no obstante los beneficios que podrían
obtenerse compensarían la inversión. Es necesario realizar un análisis completo del monto a
invertirse, los costos de operación del sistema y los beneficios esperables de la inversión y su
correspondiente operación.
A continuación se detallan las unidades y equipos requeridos para la integración del sistema.
5.1 Costos de adquisición
Los precios de los equipos e instalaciones, fueron consultados de diversas fuentes, desde puntos
de venta hasta cotizaciones con el fabricante y es parte fundamental de este trabajo conocer la
inversión que se requiere para poner en marcha el proyecto.
A continuación se detallan los rubros de inversión y costos de operación.
5.1.1 Rejilla de filtración
La rejilla de filtración, debe resistir el paso de la corriente de agua y retener partículas de
tamaño considerable que afectarían al sistema de captación, por ello se optará por adquirir una
malla de acero galvanizado de 1 m2 de superficie para de ahí hacer recortes para instalar rejillas
de 9 in2 en cada desfogue.
El precio unitario de la malla es de $42.00 por tramo de 1 m2 y solamente se requerirá de una
por toda la colonia.
5.1.2 Tubería y accesorios
Se instalaran tuberías de PVC de 2”, 3” y 4” de diámetro con sus respectivos accesorios a lo
largo del perímetro de la manzana para cubrir una longitud total de 367 m. Los precios unitarios
de tubos y accesorios fueron consultados con ferreterías locales y se buscó el precio óptimo
para reducir costos.
La Tabla 6 del apartado 4.2, señala la cantidad de tubos y accesorios que se necesitan por
manzana, solo falta añadir los 20 tubos y 41 codos adicionales que se necesitan como lo señala
el mismo apartado. También en la sección 4.3 se indica que se requieren más tubos y accesorios
para la bajante y la desviación de la primera descarga.
79
La siguiente tabla muestra los precios unitarios por tubo y accesorios además del costo de total
de adquisición.
Tabla 10. Costos de adquisición e instalación de tuberías y accesorios.
Cantidad Descripción costo unitario Costo de adquisición
24 Tubo de 2" $98.00 $2,352.00
20 Tubo de 3" $175.00 $3,500.00
38 Tubo de 4" $215.00 $8,170.00
2 Unión 2" $4.00 $8.00
10 Unión 3" $7.00 $70.00
18 Unión 4" $13.00 $234.00
42 Codo 2" $7.00 $294.00
11 Codo 4" $16.00 $176.00
6 Tee 2x2x2 $8.00 $48.00
20 Tee 3x3x2 $18.00 $360.00
42 Tee 4x4x2 $23.00 $966.00
2 Tee 4x4x4 $28.00 $56.00
1 Reducción 3"a 2" $9.00 $9.00
1 Reducción 4"a 3" $13.00 $13.00
1 Mano de obra $2,000.00 $2,000.00
Total $18,256.00
5.1.3 Almacenamiento
El costo de adquisición de los sistemas de almacenamiento varía según el material y el tamaño
del recipiente o la construcción a efectuar. Por medio de consultas a personas dedicadas al
ramo de la construcción, se obtuvo la información referente a las cisternas del presente trabajo.
Se mencionó que para la instalación de la cisterna de concreto reforzado, la mano de obra
ronda los 25 mil pesos y se estima que se requieren alrededor de 30 mil pesos en materiales,
por lo que si se recurre a valores máximos, la cisterna de 45 m3 costará alrededor de $
55,000.00.
Para los recipientes de polietileno, se dan diferentes precios debido a los volúmenes que se
manejan. Para el tanque de 1.2 m3 se recurre a la marca Teknoplastic que lo comercializa en
$1,200.00 y su instalación representa $6,000.00 por lo que en total costará $7,200.00 adquirirlo
e instalarlo.
80
El tanque de 5m3 de la marca Rotoplas cuesta $11,000.00 y por la instalación se maneja un
costo de $8,500.00 por la mano de obra y los materiales. El costo total de adquisición e
instalación del tanque de 5 m3 será de $19,500.00.
Por último, el tanque de 10 m3 de la marca Rotoplas cuesta $19,000.00 y se instala a un precio
aproximado de $16,000.00 ya contando con la mano de obra y los materiales. En total costará
$35,000.00 adquirir e instalar un recipiente de 10 m3.
Tabla 11. Costos de adquisición e instalación del sistema de almacenamiento.
Cantidad Descripción Costo de instalación por unidad Costo final
1 Cisterna 45 m3 de concreto reforzado $ 55,000.00 $ 55,000.00
1 Tanque de 1.2 m3 Teknoplastic $ 7,200.00 $ 7,200.00
1 Tanque de 5 m3 Rotoplas $ 19,500.00 $ 19,500.00
2 Tanque de 10 m3 Rotoplas $ 35,000.00 $ 70,000.00
Total $ 151,700.00
En la Tabla 11 se puede observar el desglose de lo que costará instalar los 5 Recipientes del
sistema de captación de agua de lluvia.
5.1.4 Planta purificadora de agua
Los equipos de la planta purificadora se van a adquirir en conjunto de un solo proveedor que
ofrece paquetes de plantas con distintas especificaciones. Para el caso de estudio de esta tesis,
se adquirirá un paquete que cuenta con los equipos ya especificados en la sección 4.5 sin contar
con el equipo de ozonización.
La planta purificadora de agua que oferta la empresa Grupo Agua, tiene un costo de $34,500.00
y cuenta con lo especificado en la cotización localizada en el Anexo VII. También se requiere
instalar un equipo de ozonización de 2.4 g/h, con un costo de $12,500.00 y se estima un costo
de instalación de la planta cercano a los $7,000.00.
Dado lo anterior, el costo total por la instalación y adquisición de la planta purificadora de agua
será de $54,000.00.
5.1.5 Inversión fija
La inversión fija del sistema de captación de lluvia del presente trabajo será estimada por los
costos de adquisición de los equipos y las instalaciones, entonces:
∑
81
Cerrando la cantidad, la inversión fija del proyecto será de $224,000.00 MN.
5.2 Presupuesto de ingresos
La planta purificadora de agua debe generar utilidades para que sea sustentable y, al menos,
pueda abastecer con seguridad de agua a las familias de la manzana prototipo. Se requiere
estimar el ingreso monetario que la planta generaría al vender el agua purificada que no se
destina para consumo propio de la comunidad beneficiada.
La planta purificadora de agua de lluvia operará en un horario de 9 de la mañana a 5 de la tarde
(jornada laboral de 8 h) de lunes a viernes y en sábado se trabajará en un horario de trabajo de
9am a 3 pm, se tendrá una capacidad máxima instalada de procesamiento de 100 garrafones de
20 L por hora, es decir que de lunes a viernes se podrían generar 800 garrafones/día debido a la
jornada laboral y los sábados de 600 garrafones/día. Descontando los 60 garrafones que son
destinados a las familias de las 30 casas de la manzana, se podrían comercializar 740 garrafones
disponibles de lunes a viernes y 540 los sábados.
El agua purificada se venderá a todo el público, pero en particular se espera un mayor volumen
de ventas por intermediarios quienes compran y venden el agua en depósitos o la distribuyen
por medio de triciclos. Se espera tener una demanda diaria de alrededor de 500 garrafones a
excepción de los sábados donde se prevé que se requerirán solo 350 aproximadamente.
Dado lo anterior, a la semana se prevé una demanda de 2,850 garrafones por lo que al año se
espera un volumen de producción aproximado a los 148,200 garrafones.
Se ha considerado que el precio al público será de $12.00 y al mayorista de $4.00, se prevé que
solo el 1% de los compradores serán minoristas y el 99% mayorista, por lo que al año la
demanda de garrafones por parte del público será de:
Y por parte de intermediarios:
Por último los volúmenes de ventas anuales ascenderán a:
82
/año
5.3 Costos de operación
Para conocer la utilidad que dejará la planta, se deben conocer los costos de operación que
implica fabricar el producto y mantener la planta funcionando. Para estimar los costos de
operación deben analizarse ciertos aspectos de la planta que se enunciarán a continuación.
Los diversos elementos de costo que integran los egresos totales de la planta pueden agruparse
en los siguientes rubros:
1. Costos variables de operación.
2. Cargos fijos de inversión.
3. Cargos fijos de operación.
4. Gastos generales.
5.3.1 Costos variables de operación
Los costos variables de operación para la planta purificadora de agua de lluvia abarcan diversos
ámbitos, ya que están relacionados directamente con el proceso de purificación, envase y venta
de garrafones de agua. Este tipo de costos se derivan del pago de los siguientes rubros:
I. Materias primas y reactivos.
II. Mano de obra de operación.
III. Personal de supervisión.
IV. Servicios auxiliares.
V. Mantenimiento y reparación.
VI. Suministros de operación.
VII. Impuestos sobre las ventas
83
5.3.1.1 Materias primas
La materia prima que se utiliza en el proceso de purificación es el agua de lluvia, la cual no tiene
costo alguno, sin embargo, en la temporada de sequía que abarcan los meses comprendidos
desde el mes de octubre hasta el mes de abril, se necesitará abastecer a la planta con agua
proveniente de pozos y transportada en pipas, las cuales tienen un costo de $550.00/10 m3.
En los meses de junio, julio y agosto, no se requerirá de pipas ya que la precipitación es la
suficiente para satisfacer la demanda.
En mayo y septiembre, el agua de lluvia solo cubre la mitad de la demanda de agua purificada
por lo que se necesitará adquirir una pipa de 10 m3 de agua potable cada 3 días para satisfacer
la demanda. Al mes se requerirán 10 pipas y por ambos meses se necesitarán 20 y tendrán un
costo anual de:
Por otra parte, en los meses que van desde noviembre a marzo, se necesitará abastecer a la
planta con una pipa de 10 m3 al día, excepto el quinto día , por lo que al mes se necesitarán 21
pipas y en los 5 meses donde se necesitan, requerirán de 105 pipas de agua potable con un
costo de:
Por último, en el mes de abril se requerirá de una pipa de 10 m3 diariamente excepto cada 4
días, por lo que serán adquiridas 20 unidades a un costo de:
En total se harán adquisiciones de materia por un monto de:
5.3.1.2 Mano de obra de operación
Se requerirá solo de dos personas que laven y envasen el agua purificada que se produce y se
les asignará un salario de $3,000.00 mensuales lo que implica un costo por mano de obra de:
84
5.3.1.3 Personal de supervisión
La planta contara con un supervisor que sea responsable por el buen funcionamiento de la
planta y se le asignará un salario de $5000.00 al mes por lo que implicara un costo de:
5.3.1.4 Servicios auxiliares
El único servicio auxiliar que genera un costo en la planta de purificación, es la energía eléctrica que
utiliza la bomba para impulsar el sistema, la lámpara UV y el sistema de ozonización.
La bomba que será adquirida es de 1 hp de potencia y debido a que se espera una producción
aproximada a la mitad de la capacidad máxima instalada, se puede decir que la bomba trabajaría solo la
mitad de la jornada laboral, entonces se consumirá una energía diaria de lunes a viernes de:
Y en sábado de:
Por lo que bimestralmente se esperan consumos de:
La bomba consume bimestralmente
La lámpara ultravioleta trabaja a una potencia de 30 W, por lo que de lunes a viernes se espera
consumir una energía de:
Y en sábado de:
Entonces los consumos bimestrales esperables son de:
85
La lámpara consume bimestralmente.
Por último, el equipo de ozonización tiene una potencia de 100 W y al igual que los casos anteriores sus
consumos esperables son:
Y bimestralmente:
Por lo que el consumo eléctrico bimestral del equipo de ozonización es de
Entonces el consumo bimestral de energía eléctrica de la planta de purificación es:
Las tarifas de energía eléctrica se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 12. Tarifas del servicio eléctrico de CFE.
CONCEPTO KW-h Precio ($)
Básico 0-150 0.747
Intermedio 150-280 0.909
Excedente 280 en adelante 2.655
Dada la Tabla 12, el costo por consumo eléctrico será.
CONCEPTO KW-h Precio ($) Subtotal ($)
Básico 150 0.747 112.05
Intermedio 130 0.909 118.17
Excedente 18.45 2.655 48.98
Total 298.45 279.2
Entonces los costos por servicios auxiliares ascenderán a:
86
5.3.1.5 Mantenimiento y reparación
Los costos por mantenimiento se evalúan con respecto a la complejidad de la tecnología
utilizada y las condiciones de operación y debido a que la planta de purificación no utiliza alta
tecnología ni condiciones de trabajo severas, este tipo de costo se maneja como un 2% de la
inversión fija, entonces:
5.3.1.6 Suministros de operación
Los suministros de operación de la planta purificadora son diversos y van desde el cambio de
medios filtrantes hasta la compra de tapas para garrafones, los costos se enuncian a
continuación.
Los medios filtrantes de los filtros de carbón activado, de arenas, intercambio iónico y la
lámpara UV deben ser cambiados anualmente y el filtro pulidor cada 6 meses por lo que la Tabla
13 muestra las especificaciones del repuesto y su costo de adquisición.
Tabla 13. Lista de precios para consumibles de filtros.
cantidad Descripción precio
unitario precio
($/año)
1 Arena sílica 20-30 marca Clack Corporation $387.90 $387.90
1 Grava para tratamiento, bulto de 40Kg marca Clack Corporation $351.90 $351.90
1 Carga para filtro de carbón de 9" x 48" $1,489.50 $1,489.50
1 Carga para suavizador de 9" x 48" inc. Tanque de salmuera $4,041.00 $4,041.00
4 Cartucho de resina catiónica de 2.5" x 10" marca Watts 2*año $347.40 $2,779.20
1 Lámpara UV 8gpm marca Aquor $801.00 $801.00
Total $9,850.50
Las tapas y etiquetas de los garrafones de agua se comercializan por millares y el costo de un
millar de tapas ronda los $100.00 mientras que de las etiquetas están en $50.00 Si al año se
espera una producción de 148,200 garrafones se necesitarían 149 millares de tapas y etiquetas
lo que significaría un costo de:
87
El etiquetado se lleva a cabo por medio de la inducción de calor en el material plástico para que
se comprima y selle el garrafón, para ello se adquiría bimestralmente un tanque de gas de 20 Kg
con un costo unitario de $250 al año se gastarán $1,500
Entonces el costo por suministros de operación será:
$33,700.50/año
5.3.1.7 impuestos sobre las ventas
El impuesto sobre la venta aplicable en México es el IVA que tiene un valor del 16% y se aplica a
los ingresos, entonces el costo será:
5.3.2 Cargos fijos de inversión
Este tipo de costos está íntimamente relacionado con la inversión fija y totalmente
independiente del volumen de producción, por lo que los valores permanecerán constantes. Los
más importantes a analizar en este trabajo son:
I. Depreciaciones y amortizaciones.
II. Impuesto sobre la propiedad (equivalente al impuesto predial).
III. Seguros sobre la planta.
5.3.2.1 Depreciaciones y amortizaciones
LA planta purificadora de agua de lluvia sufrirá una disminución en el valor de sus activos fijo
durante toda su vida útil (depreciación) y, junto con las amortizaciones de los activos intangibles
representan un costo que debe incluirse en la estimación de los egresos.
88
Para la maquinaria y equipo de la planta, se considerará una depreciación del 10% teniendo así
un costo de:
El costo por depreciación que se debe considerar será de:
5.3.2.2 Impuestos sobre la propiedad
El costo debido al impuesto predial por el terreno ocupado ascenderá a:
5.3.2.3 Seguros sobre la planta
La planta debe ser asegurada para proteger la inversión ante cualquier eventualidad, su costo
variará con respecto al nivel de riesgo que represente la operación de la planta y la
disponibilidad de medios de protección, pero en general el costo suele ser el 1% de la inversión
fija, por lo que el costo por seguro de la planta será:
5.3.3 Cargos fijos de operación
Dadas las dimensiones de la microempresa no se consideran cargos fijos de operación.
5.3.4 Gastos generales
Estos gastos son los que se efectúan para que el producto pueda llegar al mercado, mantener
un alto nivel de competitividad de la planta y lograr una operación rentable. Para el caso de
estudio de la planta de purificación de agua de lluvia se incluirán:
I. Los gastos administrativos.
II. Los gastos de distribución y venta.
89
5.3.3.1 los gastos administrativos
En este gasto se consideran los sueldos del personal administrativo, gastos de servicios técnicos,
mantenimiento y suministro de oficinas, pero al ser una planta de purificación pequeña, habrá
un único administrador que a la vez será dueño de la empresa por lo que solo se considerarán
$500/mensuales por concepto de insumos de oficina por lo que se tendrá un gasto
administrativo de:
5.3.3.2 Los gastos de distribución y venta
Este gasto es debido al conjunto de actividades que tienen como propósito hacer llegar el
producto al consumidor.
En la planta de purificación de este proyecto, solo se requerirá de publicidad ya que así las
personas intermediarias podrán conocer la calidad y ubicación de la planta para que ellos
acudan a la planta para abastecerse y promocionen el producto en sus rutas de trabajo. Por ello
se prevé un gasto de publicidad de $700.00/mensuales, lo que da como resultado un gasto por
distribución y venta de:
5.3.4 Egresos totales
La planta purificadora de agua de lluvia de este caso de estudio, tendrá egresos totales por una
cantidad de:
5.4 Presupuesto de utilidades
El presupuesto de utilidades resultará de obtener la diferencia entre los ingresos y los egresos,
el resultado serán las utilidades brutas, así entonces:
90
Aplicando el ISR que equivale al 34% de las utilidades brutas se tiene una utilidad neta de:
( )
( )
La cifra anterior, representa el beneficio monetario que aporta el sistema de captación de agua
de lluvia a lo largo del año.
91
CONCLUSIONES
En el presente trabajo de tesis se estudió la factibilidad de instalar un sistema de captación y
purificación de agua de lluvia en la unidad territorial Paraje San Juan y para ello se analizó una
manzana prototipo con dimensiones promedio.
El potencial efectivo de captación que tiene la manzana en estudio es de 2,487 m3 de agua por
año, cantidad que de ser captada y procesada en su totalidad, tendría la capacidad para
producir alrededor de 340 garrafones de agua purificada al día. Debido a lo anterior y a los
resultados de la presente tesis, el sistema propuesto abastecería de 2 garrafones de agua
purificada (40 L) a cada familia de la manzana de manera gratuita. Al repartir esa cantidad de
agua, se entregaría a cada familia lo suficiente como para beber y preparar los alimentos con la
inocuidad necesaria y de esa manera dejar de utilizar el agua entubada que provee la
delegación para ese rubro.
La planta purificadora de agua de lluvia que se propuso, no solo beneficiaría a las familias de la
manzana, sino también tiene el potencial de crear empleos y generar utilidades con la venta de
agua envasada proveniente de la lluvia que no se utiliza en el abasto de cada vivienda de la
manzana.
La inversión necesaria para llevar a cabo la instalación del sistema de captación y purificación
sería de $224,000.00 MN con una vida útil de 10 años, pero los beneficios resultan ser
superiores en todo sentido, ejemplo de ello es que si a cada familia de la manzana prototipo se
le abastece de 2 garrafones diarios, al cabo de diez años habría obtenido 7,300 garrafones lo
equivalente a $87,600.00 MN que se habría ahorrado, así en total de las 30 familias de la
manzana se ahorrarían $2’628,000.00 MN.
La administración adecuada de la planta purificadora de agua de lluvia, puede llegar a generar
una utilidad neta estimada de $154,153.00 MN cada año a una capacidad media de operación,
lo que en determinado momento podrá llegar a pagar la inversión y prácticamente el sistema
saldría gratis.
El realizar el estudio de factibilidad en una manzana de dimensiones promedio para la unidad
territorial Paraje San Juan, fue con la finalidad de que este trabajo sirva de guía para
extrapolarse a cualquier otra manzana de la demarcación y que más personas se beneficien de
un sistema como el propuesto para que de esa manera se deje atrás la práctica común de
utilizar agua del sistema de distribución en la preparación de alimentos que suele provocar
infecciones gastrointestinales.
92
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ozono (O3). Valores normados para la concentración de ozono en el aire como medida de protección a la
salud de la población
NOM-021-SSA1-1993, Salud ambiental. Criterio para evaluar la calidad del aire ambiente con respecto al
monóxido de carbono (CO). Valor permisible para la concentración de monóxido de carbono (CO) en el
aire ambiente como medida de protección a la salud de la población.
95
NOM-023-SSA1-1993, Salud ambiental. Criterio para evaluar la calidad del aire ambiente con respecto al
bióxido de nitrógeno (NO2). Valor normado para la concentración de bióxido de nitrógeno (NO2) en el
aire ambiente como medida de protección a la salud de la población.
NOM-025-SSA1-1993, Salud ambiental. Criterios para evaluar la calidad del aire ambiente, con respecto a
material particulado. Valor de concentración máxima de material particulado para partí culas
suspendidas totales PST, partículas menores de 10 micrómetros PM10 y partículas menores de 2.5
micrómetros PM2.5 en el aire ambiente como medida de protección a la salud de la población.
NOM-026-SSA1-1993, Salud ambiental. Criterio para evaluar la calidad del aire ambiente, con respecto al
plomo (Pb). Valor normado para la concentración de plomo (Pb) en el aire ambiente, como medida de
protección a la salud de la población.
96
ANEXO I
Figura 30. Diagrama de Moody.
ANEXO I
97
ANEXO II
Deposito total acumulado en cada una de las estaciones de monitoreo de la red de depósito atmosférico durante
el año 2011. El deposito atmosférico se expresa en unidades de kilogramos por hectárea (Kg/ha) para cada uno
de los iones analizados (CONAGUA, 2011).
98
ANEXO III
99
Tabla III-1. Áreas y perímetros por cada manzana de la unidad territorial Paraje San Juan.
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
1 26,342 985 16 3,650 274 31 7,940 385 46 5,457 366 61 5,721 328
2 28,723 870 17 2,315 239 32 3,968 296 47 7,587 496 62 7,960 379
3 38,025 896 18 12,922 661 33 4,339 302 48 7,224 463 63 3,117 264
4 8,034 554 19 11,172 648 34 12,010 799 49 5,252 408 64 4,329 298
5 8,121 485 20 8,776 408 35 7,350 363 50 4,953 380 65 2,062 217
6 4,490 394 21 9,080 415 36 3,103 238 51 4,122 342 66 1,977 212
7 4,027 286 22 8,477 666 37 3,129 237 52 2,315 285 Total 464,968 26,022
8 2,167 229 23 885 147 38 3,056 235 53 13,937 744
9 7,711 387 24 3,029 281 39 4,195 277 54 4,344 303
10 4,304 285 25 4,499 330 40 45,404 1,647 55 3,865 314
11 4,185 280 26 2,995 330 41 5,311 333 56 5,979 409
12 4,348 289 27 1,448 157 42 15,525 626 57 1,518 166
13 4,395 287 28 2,392 208 43 822 152 58 3,124 324
14 2,004 188 29 896 128 44 2,805 230 59 5,267 335
15 2,520 213 30 13,284 698 45 7,020 367 60 3,665 284
ANEXO IV
100
Tabla III-2. Áreas y perímetros por cada manzana de la unidad territorial Paraje San Juan estimando una superficie efectiva del 70%.
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
Manzana Área (m2)
Perímetro (m)
1 18,439 985 16 2,555 274 31 5,558 385 46 3,820 366 61 4,005 328
2 20,106 870 17 1,621 239 32 2,778 296 47 5,311 496 62 5,572 379
3 26,618 896 18 9,045 661 33 3,037 302 48 5,057 463 63 2,182 264
4 5,624 554 19 7,820 648 34 8,407 799 49 3,676 408 64 3,030 298
5 5,685 485 20 6,143 408 35 5,145 363 50 3,467 380 65 1,443 217
6 3,143 394 21 6,356 415 36 2,172 238 51 2,885 342 66 1,384 212
7 2,819 286 22 5,934 666 37 2,190 237 52 1,621 285 Total 325,478 26,022
8 1,517 229 23 620 147 38 2,139 235 53 9,756 744
9 5,398 387 24 2,120 281 39 2,937 277 54 3,041 303
10 3,013 285 25 3,149 330 40 31,783 1,647 55 2,706 314
11 2,930 280 26 2,097 330 41 3,718 333 56 4,185 409
12 3,044 289 27 1,014 157 42 10,868 626 57 1,063 166
13 3,077 287 28 1,674 208 43 575 152 58 2,187 324
14 1,403 188 29 627 128 44 1,964 230 59 3,687 335
15 1,764 213 30 9,299 698 45 4,914 367 60 2,566 284
101
ANEXO V
102
ANEXO VI
Tabla 14. Medidas para la excavación e instalación de las cisternas Rotoplas según su tamaño.
103
ANEXO VII
