XII Simposio Iberoamericano sobre planificacin de sistemas de abastecimiento y drenaje

USOS DEL AGUA DE LLUVIA Y POTENCIAL DE CAPTACIN EN TRESEDIFICIOS DE LA UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO, MXICO

Xitlali Delgado Galvn (1), Mara L. Fuentes Galvn (2), Jess Mora Rodrguez (3), JosefinaOrtiz Medel (4)

(1) (3) (4) Departamento de Geomtica e Hidrulica, Universidad de Guanajuato. Jurez No. 77, ZonaCentro, C.P. 36000, Guanajuato, Gto., Mxico. Mail: xdelgado@ugto.mx, jesusmora@ugto.mx,jomedel@ugto.mx(2) Universidad Autnoma de San Luis Potos, Ave. Manuel Nava No. 201, 2do piso, ZonaUniversitaria C.P. 78210 San Luis Potos, S.L.P., Mxico. Mail: fugalina@gmail.com

RESUMEN

Se estima la cantidad de agua de lluvia que es posible captar en los techos de tres edificios de la Universidadde Guanajuato, considerando tres parmetros: precipitaciones locales, tamao y material de la superficie decaptacin. De acuerdo con las caractersticas de la poblacin y sus preferencias, se evalan los usos a los quepuede ser destinada el agua captada en cada sitio. Los resultados obtenidos indican que es posible cubrir del8 al 100% la demanda de agua, y que la comunidad universitaria estara dispuesta a usar el agua de lluviaprincipalmente para usos sanitarios y de riego.

Palabras claves: Agua de lluvia, captacin, potencial, usos.

ABSTRACT

The quantity of available rainwater harvested in the roof of three buildings in Universidad de Guanajuato(Mexico) is estimated, considering three parameters: local rainfall distribution, catchment area, and materialof catchment surface. The possible rainwater uses are assessed bearing in mind water preferences andcharacteristics of population. Rainwater can cover 8-100% of the water demand depending on the site,university population is able to accept rainwater for sanitary and irrigation uses.

Key words: Rainwater, harvesting, potential, uses.

SOBRE EL AUTOR PRINCIPAL

Xitlali Delgado-Galvn: Doctora en Hidrulica y Medio Ambiente por la Universitat Politcnica deValncia. Maestra en Ingeniera (Gestin Integral del Agua) por la Universidad Nacional Autnoma deMxico. Licenciada en Administracin de Empresas por la Universidad Michoacana de San Nicols deHidalgo. Actualmente se encuentra trabajando en la Universidad de Guanajuato (Mxico), en elDepartamento de Ingeniera Geomtica e Hidrulica como profesora de tiempo completo. Sus laborescomprenden actividades de docencia e investigacin en el rea de gestin integral del agua. Cuenta conpublicaciones en revistas cientficas internacionales, captulos de libro y participaciones en congresos

INTRODUCCINZona de estudio

La Repblica Mexicana comprende 1.964 millonesde km2, de los cuales 1.959 millones de km2corresponden a la superficie continental y el resto alas reas insulares (CONAGUA, 2011). Laubicacin geogrfica del pas y su relieve, resultanlos principales componentes en la determinacin delclima de Mxico, en donde se presentan desde zonasdesrticas hasta tropicales, lo que a su vez, prescribela disponibilidad hdrica en el pas.

El 65% de la superficie del pas pertenece a zonasridas o semiridas (Verbist, et al., 2010) conprecipitaciones anuales menores a los 500 mm,mientras que el sureste es hmedo conprecipitaciones promedio que superan los 2,000 mm.En contradiccin, la zona centro y norte alberga al77% de los asentamientos demogrficos, junto conlos industriales y agrcolas. Esta situacin generauna fuerte presin por el recurso hdrico en estaszonas, donde la disponibilidad natural es reducida, ydiversos factores, como la contaminacin,disminuyen la capacidad de aprovechamiento de losrecursos.

El estado de Guanajuato se localiza en el centro dela Repblica Mexicana (Figura 1), representa el1.6% de la superficie del pas con un rea de 30,589km2. Colinda con los estados de San Luis Potos yZacatecas al norte; con Michoacn de Ocampo alsur; al este con Quertaro de Arteaga y al oeste conel estado de Jalisco. Est conformado por 46municipios donde se renen 8,961 localidades conmenos de 2,500 habitantes y que representan el 99%del total de las localidades del estado segn elINEGI (2010), y en donde se concentra el 30% de lapoblacin, que segn el ltimo censo era de5,486,372 habitantes.

El edificio de Ingenieras (EI) y el laboratorio dehidrulica (LH), dos de los puntos de estudio, seubican en el municipio de Guanajuato, capital deestado. Localizado entre los paralelos 2114 y2049 de latitud norte y los meridianos 10103 y10127 de latitud oeste, con una altitud que oscilaentre los 1700 y los 3000 msnm. Las principalesactividades econmicas son la minera y el turismo.Dentro de este municipio se encuentran 265localidades y ocupa el 3.3% de la superficie total delestado. El municipio presenta un climapredominante templado subhmedo con lluvias enverano de humedad media, el rango de temperatura

oscila entre los 12-20C, y la precipitacin promediova de los 600-900 mm (INEGI, 2009).

Figura 1. Ubicacin del estado deGuanajuato, Mxico.

La poblacin de dicho municipio, que en laactualidad asciende a 171 709 habitantes (INEGI,2013), ha enfrentado histricamente una serie dedificultades relacionadas con el agua. Uno de losfactores que propician lo anterior, es que debido a latransicin fisiogrfica de la regin en donde seasienta la ciudad de Guanajuato, el clima es variabley se presentan eventos climatolgicos extremos.Adems de eso, las actividades humanas handegenerado el medio y el inadecuado manejo de losrecursos ha empeorado la situacin.

El tercer punto de estudio, el centro universitario devinculacin con el entorno (VEN), se ubica en elmunicipio de Silao, localizado en la zona centrooeste del estado. Su superficie es de 538.72 km2, seubica entre los paralelos 21 10 y 20 47 de latitudnorte y los meridianos 101 19 y 101 35 delongitud oeste, con altitudes que se encuentran entrelos 1700 y 2700 msnm. Colinda al norte con elmunicipio de Guanajuato (Figura 2). Dentro de susuperficie se establecen 462 localidades, en donde seasientan 173,024 habitantes.

La temperatura en el municipio vara entre los 14-20C, con un clima predominantemente semiclidosubhmedo con lluvias en verano de menorhumedad en un 56.8% de la superficie del territoriomunicipal, seguido por el semiseco semiclido en un32% de la superficie y en el norte del municipiotemplado subhmedo con lluvias en verano dehumedad media en un 11.2% del municipio. Laprecipitacin va de los 600 a los 900 mm al ao(INEGI, 2009a). Las caractersticas edafolgicasfavorecen la prctica agrcola como la principalactividad econmica de la regin, la cual representael mayor uso de suelo con un 71.5% de la superficie.La zona se caracteriza por grandes llanuras

interrumpidas por escasas sierras volcnicas,mesetas lvicas y lomeros. Las reas urbanas en elmunicipio de Silao cubren 5.69 km2 del territorio, lapoblacin en este municipio ha crecidonotablemente producto del desarrollo industrial queen las ltimas dcadas se ha presentado.

Guanajuato

Silao

Figura 2. Ubicacin de los municipios deSilao y Guanajuato.

En las zonas de estudio las principales actividadeseconmicas han propiciado la explotacin del aguasubterrnea, causando graves consecuencias tantoambientales, como sociales y econmicas. Muestrade ello, son los costos ascendentes de operacin yreposicin de las fuentes de abastecimiento de aguaurbanas y rurales, deterioro de la calidad del aguay/o su salinizacin, y asentamientos del terreno conlos consecuentes daos a la infraestructura pblica yprivada (Foster y Garduo, 2009).

Captacin del agua de lluvia

La prctica del aprovechamiento del agua de lluviaha permanecido a lo largo del tiempo. Las primerasestructuras de captacin de agua de lluvia, se cree,fueron construidas hace ms de 9000 aos (Al-Aldamat, et al., 2010). Hallazgos arqueolgicosdemuestran la importancia que tena elaprovechamiento del agua de lluvia en siglospasados en diferentes zonas del planeta. En dondelos mecanismos desarrollados coincidan en dirigirel escurrimiento de patios, techos y pisos hacialugares de almacenamiento, para utilizarlos en usodomstico y agrcola principalmente.

En Mesoamrica, desde tiempos muy antiguos larecoleccin y el almacenamiento de agua pluvialfueron prcticas comunes, fuera en recipientes, endepsitos subterrneos, o a cielo abierto(CONAGUA, 2009). En el Mxico colonial eracomn el aprovechamiento del agua de lluvia enmonasterios, conventos, haciendas y casashabitacin, desarrollados por franciscanos yagustinos principalmente. En la parte central del pasel agua de lluvia en forma de escorrenta eraampliamente aprovechada para fines agrcolas, yespecficamente en el municipio de Guanajuato, sediriga el agua de lluvia a aljibes o tanques dealmacenamiento como parte del abastecimiento delque se provean los habitantes de la ciudad, prcticacomn hasta la llegada del agua entubada.

Los sistemas de captacin de agua de lluvia(SCAALL) pueden ser encontrados en la mayorade las regiones del mundo, con adaptacionesadecuadas a las condiciones climticas locales(Amin, 2011). Un SCAALL para fines domsticos yde consumo humano consiste por lo general encuatro componentes bsicos: superficie de captacin,recoleccin por canaletas y bajantes, interceptor deprimeras aguas y almacenamiento.

La superficie de captacin es el rea destinada parala recoleccin del agua lluvia, los techos son lasuperficie ms utilizada en zonas urbanas, mientrasque en reas rurales la captacin puede realizarse enzonas con mayor amplitud, como patios y terrenosaledaos. El tamao de la superficie de captacinjuega un papel importante en la cantidad de agua quees posible cosechar, al igual que el material de esta.Sin embargo, este ltimo afecta tambin la calidaddel agua. La recoleccin del agua de lluvia captadacorre a cargo de canaletas adosadas comnmente enlos bordes ms bajos del techo, con el objeto deacopiar el escurrimiento del agua lluvia y conducirlohasta el sitio de almacenamiento. El tanqueinterceptor es el dispositivo que tiene la funcin decaptar las primeras lluvias, correspondientes allavado del rea de captacin, con el fin de evitar elalmacenamiento de agua que contenga mayorconcentracin de partculas, polvos y otroscomponentes que hayan sido depositados en lasuperficie de captacin, en las canaletas y bajantes oen la atmsfera durante el periodo previo a loseventos de precipitacin. El tanque dealmacenamiento es el depsito destinado para laacumulacin, conservacin y abastecimiento delagua de lluvia a los diferentes usos establecidos.

METODOLOGAPotencial de aprovechamiento

Una vez descritos los componentes bsicos de unSCAALL, se evala la cantidad de agua de lluviaque puede ser captada y aprovechada para cada sitiode inters. Segn Farreny et al. (2011), el potencialde captacin de agua de lluvia de un techo puede serestimado basado en las precipitaciones locales, elrea de captacin y el coeficiente de escurrimiento.

Precipitaciones locales

En el estado de Guanajuato la distribucin de laprecipitacin se presenta en periodos similares al delresto del pas. El 80% ocurre en el acumulado de losmeses de junio a septiembre; mientras que en abril,mayo y octubre se precipita el 14%, por ltimo, un6% sucede en los meses restantes (CEAG, 2001). Laprincipal fuente de informacin para conocer el aguade lluvia aprovechable es la cantidad deprecipitacin que cae en cada punto de inters, espor ello, que se han seleccionado las estaciones msinfluyentes para cada sitio de estudio. De ellas, seemplea la informacin de la precipitacin mediamensual (P) para obtener la precipitacin neta (PN),la cual es definida por el Indhri (2010) como lacantidad del agua de lluvia que queda a disposicindel sistema de captacin, una vez que se hanconsiderado las prdidas por factores comosalpicamiento, velocidad del viento, evaporacin,friccin, tamao de la gota, entre otros. En la Figura3 se presenta la P para cada punto de estudio,extrada de las estaciones Guanajuato para el EI,Valenciana para el LH y Silao para el VEN, todasoperadas por la Comisin Nacional del Agua delpas.

0

50

100

150

200

250

P (m

m)

Mes

Precipitacin media mensual

Guanajuato, Gto.ValencianaSilao, DGE

Figura 3. Precipitacin media mensual enlos puntos de inters.

rea de Captacin

Como ya se ha mencionado, el tamao de lasuperficie de captacin es un factor que repercute enla cantidad de agua de lluvia que es posibleaprovechar. Se han considerado las reas de lostechos de los puntos de estudio como superficies decaptacin, en el caso del EI el rea del patio debido asus caractersticas se ha sumado a la superficie deltecho. En la Figura 4 se presenta el plano de lassuperficies aprovechables en el EI, que en totalhacen 2191.03 m2, en este edificio se concentra unapoblacin de 1404 estudiantes y se localiza en lazona centro de la ciudad de Guanajuato.

Figura 4. Superficie de captacin, EI.

El LH se encuentra en la zona norte de la ciudad deGuanajuato, la superficie aprovechable es la quecubre la red experimental, con un total de 543.72 m2.La finalidad de aprovechar el agua de lluvia en estepunto es proveer a la red experimental y usarla enlas instalaciones sanitarias. La poblacin estudiantilque emplea estas instalaciones es menor que la delEI, con 200 alumnos que utilizan el edificio.

Figura 5. Superficie de captacin, LH.

Las instalaciones en donde se localiza el VEN estnconformadas por seis mdulos, con dos alas cadauno (Figura 6). La superficie total aprovechable esde 3016.164 m2, en este centro laboran 80 personas,durante ocho horas por da.

Figura 6. Superficie de captacin, VEN.

Coeficiente de escurrimiento

Se considera el material sobre el cual es captada elagua, ya que se relaciona al tipo de superficie con lafacilidad con la que el agua circula sobre ella, lo cualdetermina la cantidad de agua que se pierde por esteconcepto, es por ello que se contempla el coeficientede escurrimiento (Ce). Estimaciones consideran quehasta ahora los coeficientes de escurrimiento detechos se encuentran dentro del rango de 0.7-0.95para tormentas relativamente frecuentes (Farreny, etal., 2011). El material que comnmente se presentaen las zonas de estudio es el concretoimpermeabilizado, con un Ce de 0.8, los techos delEI y el VEN estn conformados por este material,por ello la eficiencia de captacin ( captacin) delagua de lluvia para estos puntos es de 0.68,considerando un 85% de probabilidad de ocurrenciade las precipitaciones (Cc) (Anaya & Martnez,2007).

En el LH el material del techo es lmina metlica,para la cual se ha contemplado un Ce de 0.9, conigual probabilidad de precipitacin que los puntosanteriores, as la captacin para este punto es de0.765. Una vez conocida la captacin para cadapunto, se obtiene la PN, del producto de la P que sepresenta en cada sitio por la captacin. En laFigura 7 se presentan las PN por edificio de estudio,el valor de PN a considerar para que el agua obtenidatenga las cualidades para ser usada se determinamediante la suma de los meses cuya precipitacin es

mayor o igual a 40 mm (Anaya & Martnez, 2007;Indhri, 2010; Martnez, 2011).

020406080

100120140160180

PN (m

m)

Mes

Precipitacin neta de los puntos de intersEILHVEN

Figura 7. Precipitacin neta en los puntosde inters.

RESULTADOS

En la Tabla 1 se presenta el volumen (V) de agua delluvia que es posible captar por edificio,considerando los parmetros anteriormentedescritos.

Tabla 1. Volumen aprovechable en lospuntos de inters.

Sistema rea PN Vm2 m m3EI 2191.03 0.403 882.021LH 543.72 0.433 235.425

VEN 3016.164 0.356 1073.489

Se aplic una encuesta a los usuarios de los edificiosestudiados para conocer las preferencias, usos yperspectiva que tienen con respecto al agua. Conesta herramienta se identifica la aceptacin alempleo del agua de lluvia y en qu podra serutilizada. Se obtiene adems la informacinnecesaria para estimar la demanda de agua en cadapunto, y as conocer el porcentaje de cobertura delagua de lluvia segn las caractersticas de cadaedificio. En la Tabla 2, se muestran las demandasdiarias obtenidas con la informacin generada de lasencuestas aplicadas a los usuarios de los edificiosestudiados.

Tabla 1. Demanda por usos de los puntos deinters.

SistemaUso

sanitarioConsumohumano Total

L/persona L/persona L/personaEI 21.53 0.37 21.9LH 2.95 0.05 3

VEN 27.25 0.67 27.92

Con los datos anteriores es posible conocer elporcentaje de la demanda que es posible cubrir conlos V de agua de lluvia aprovechables por edificio,considerando el nmero de usuarios de cada uno deellos y el tiempo que transcurren en las instalacionespor da, se han estimado las demandas por usos ytotales (Tabla 3), con la finalidad de determinar si elagua de lluvia funcionara como fuente deabastecimiento total o complementaria segn sea elcaso.

Tabla 3. Demanda de agua por punto deestudio.

Sistema EI LH VENUsuarios (p) 1404 200 80

Estada (hr/p) 4.4 0.6 8Demanda Sanitaria

(m3/ao) 10882.12 212.4 784.8

Demanda C. humano(m3/ao) 187.01 3.6 19.3

Demanda Total (m3/ao) 11069.14 216 804.10

El agua de lluvia puede cubrir el total de algunas delas demandas por edificio, el mnimo porcentaje decobertura que se estima es de 8% de la demandatotal del EI. En la Tabla 4 se presentan las coberturasde las demandas segn el uso, en ella se puede verque para el LH y el VEN el agua de lluvia podracubrir el total de las demandas con un excedente quepodra emplearse para otros usos, como el riego. Enel EI la alta demanda sanitaria y total no es cubiertani en el 10%, sin embargo, para consumo humanolos resultados son favorables.

Tabla 4. Cobertura de la demanda de aguapor punto de estudio.

SistemaUso

sanitarioConsumohumano Total

%EI 8.11 471.64 7.97LH 110.84 6539.58 108.99

VEN 136.79 5562.12 133.50

De acuerdo con las caractersticas de la poblacin ysus preferencias, se evalan los usos a los que puedeser destinada el agua captada en cada punto deestudio. Lo anterior, con el propsito de establecerestrategias para que el agua de lluvia seaconsiderada como una fuente alternativa deabastecimiento y fomentar el uso eficiente delrecurso hdrico a travs de prcticas sostenibles demanejo y aprovechamiento. En la Figura 8 se apreciala aceptacin que tiene el agua de lluvia para serempleada en diferentes usos por parte de losusuarios de los tres edificios. En esta figura seobserva que se acepta ampliamente el uso del agua

de lluvia en excusados y mingitorios, as como enriego de plantas con un porcentaje de 90% y 94%respectivamente. La limpieza de instalacionespresenta una aceptacin del 85%. Sin embargo, alconsiderar que el agua de lluvia tenga contacto conla poblacin de forma directa, como lo es el uso enlavabos, la aceptacin se reduce al 53%. Alcuestionar si beberan el agua de lluvia si esta fueratratada previamente la poblacin de estudiorespondi positivamente en un 69%.

Figura 8. Usos del agua de lluvia yporcentaje de aceptacin.

CONCLUSIONES

El agua de lluvia en los edificios de la Universidadde Guanajuato considerados, puede ser unaimportante fuente de abastecimiento que atene losefectos de las intermitencias que con frecuencia sepresentan en el servicio de abasto local. Y msimportante an, se puede considerar como unmodelo de extensin de prcticas sostenibles deaprovechamiento del agua en la comunidad.

El agua de lluvia es un recurso que con factibilidadpuede cubrir un alto porcentaje de las demandas deagua que se presentan en la poblacin, en este casouniversitaria. Adems, la aceptacin al empleo delagua de lluvia para diferentes usos que manifiesta lapoblacin de estudio incrementa el valor de estafuente.

REFERENCIAS

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