1. Introducción
El presente artículo propone la utilización de la hoja de cálculo denominada “Captación y almacenamiento de agua de lluvia” como método para ayudar a determinar la superficie de captación de agua de lluvia necesaria para abastecer en todo o en parte el consumo de una vivienda, grupo de viviendas o una comunidad. Igualmente se determina el volumen del tanque para almacenar el agua de lluvia captada, tanque al que se añadirá el agua externa que pueda necesitarse para complementar el consumo previsto. El proceso calcula el comportamiento del sistema para cada uno de los días de un ciclo anual, obteniendo resultados medios mensuales y anuales. Se recuerda que las redes de agua de lluvia y del consumo humano directo deben estar totalmente separadas, por lo que el agua del tanque se empleará para el tipo de consumo permitido. En ningún caso el agua de lluvia podrá entrar en la red pública.
Se puede descargar la hoja de cálculo que permite estos cálculos, y la última versión del manual de apoyo, en el siguiente enlace de Dropbox.
2. Resumen
El colectivo humano del caso propuesto está formado por 20 personas que viven en 4 viviendas agrupadas en una ciudad española con las características pluviométricas coincidentes con la lluvia media de España. La dotación prevista es de 150 litros/hab/día. En este caso se puede garantizar abastecer con agua de lluvia el 34% del consumo, es decir, 394 m3/año de los 1.156 m3/año que se consumen, mediante una instalación de 840 m2 de superficie captadora y un tanque de almacenamiento de 15 m3, entre otras instalaciones.
3. Datos de partida
Los datos de partida del proceso de cálculo, sobre los que se propondrá una solución, se presentan a continuación.
A) Datos demográficos y de consumo de agua para todo el año
- Nº de viviendas que se desea abastecer: un conjunto de 4 viviendas.
- Nº de habitantes por vivienda: 5 habitantes/vivienda, y una población total de 20 habitantes.
- Dotación de agua: 150 lit/hab/día.
- Otros consumos: se añade en el ejemplo, y para cada uno de los meses del verano, un consumo extra de 10 lit/hab/día más 20 m3/mes, lo que implica un consumo añadido de 60,9 m3/año; con este consumo la dotación asciende a 158 lit/hab/día de media.
- Volumen de reserva en tanque: se indica la reserva de agua que se desea que tenga el tanque, cuantificada como l nº de días de consumo para la dotación total prevista. En el ejemplo se requieren 2 días; si al finalizar una jornada el tanque no tiene almacenado ese volumen de reserva, se inicia la carga de agua de red o de otra fuente de suministro hasta completar el volumen indicado.
- Coeficiente de escorrentía de la cubierta o superficie captadora: en el ejemplo se toma el valor de 0,8. Debe considerar el posible efecto contaminante del agua por la superficie captadora, lo que limitaría el tipo de uso.
- Superficie de captación de agua de lluvia: en el ejemplo se propone que cada vivienda puede aportar 210 m2 al tanque comunal, lo que supone un total de 840 m2.
- Volumen del tanque calculado para garantizar el abastecimiento en una determinada proporción de agua de lluvia y de agua de red: en el ejemplo el tanque propuesto es de 15.000 litros, y con una carga inicial de 6.000 litros.
B) Datos de lluvia disponibles
En este caso se conoce la precipitación en mm de lluvia y el nº de días de lluvia de cada mes del año promedio en España. Se trata de datos medios para las capitales de provincia de los que se obtiene un promedio nacional como referencia. El sistema de cálculo permite operar igualmente conociendo la precipitación media mensual y desconociendo el nº de días, o conociendo la precipitación media anual. Como resumen se presentan los datos meteorológicos utilizados del último trimestre del año y el resumen anual:
Esta aplicación sitúa automáticamente los días de lluvia en el calendario de cada mes desde el día 1º del mes. Por ejemplo, si llueve 18 días al mes, los días de lluvia serán el 1º, 3º, 5º,… y así hasta llegar al último día del mes. A partir de ahí se marca como día de lluvia el 2º, 4º, 6º… hasta completar el nº de días de lluvia, 18 en este caso.
C) Resumen de los valores generales de partida
En la tabla resumen que se adjunta se presentan los valores de partida antes indicados. Los dos valores finales relativos al área de captación de agua de lluvia, y al volumen del tanque, son los que se ajustarán para determinar la solución definitiva. Se entiende que los demás valores son fijos aunque siempre se pueden cambiar a conveniencia repercutiendo en la solución adoptada.
Se ofrece una primera solución sobre una superficie de captación total de 840 m2, que si fuera un cuadrado sería de 29x29 m2, o equivalente. Sobre el tanque de almacenamiento se propone un volumen de 15 m3, que se puede obtener mediante un prisma de base cuadrada de 2,7 m de lado y 2 m de altura, por ejemplo.
4. Resultado del proceso de cálculo
Una vez ajustados los valores de diseño, se observa cómo se comporta la gráfica diaria del volumen de agua en el tanque, tanto de lluvia como de red, y otros datos de interés. Del estudio de estos datos se obtiene la solución buscada.
El resumen anual de la aportación de agua de lluvia y de red, es el siguiente:
- Los datos resumen que se consideran de interés y que conforman la gráfica y la solución propuesta, son:
- Los consumos totales del caso son los siguientes:
Obsérvese la diferencia entre los 150 lit/hab/día de partida y los 158 lit/hab/día finales al añadir otros consumos.
- El resumen de los volúmenes finalmente aportados en un ciclo anual completo, son los indicados a continuación:
- Respecto al uso del tanque, la siguiente tabla indica que se llena al 100% en algún momento del ciclo anual, aunque el llenado medio es del 51%. El volumen mínimo ocupado en el tanque es de 6.000 litros, un 40%. Recuérdese que se ha solicitado al sistema una reserva mínima de 2 días.
- Sobre la precipitación de agua de lluvia los datos aportados se corresponden con la media de las capitales de provincia de España, tanto en mm/mes como en días/mes de lluvia.
La anterior tabla indica:
- La máxima cantidad de agua que se puede recoger con la superficie de captación prevista de 840 m2, son 394.464 litros/año.
- El consumo total del sistema, que son 1.155.920 litros/año.
- La máxima aportación posible del agua de lluvia captada al consumo representa en la situación óptima el 34%.
- La aportación del agua captada que finalmente entra en el tanque, son 393.888 litros anuales, o el 99,9% del agua captada. No toda el agua captada entra en el tanque ya que se fuerza a que el agua de la red participe en el sistema para garantizar una reserva de abastecimiento mínima.
- Por lo tanto el agua captada y que no participa en el consumo es excedentaria y puede ser almacenada en otro tanque y destinada a otros usos; en este caso se trata de 2.461 litros anuales disponibles.
- La superficie que aparentemente cubriría todas las necesidades del sistema es de 2.461 m2, aunque para que esta hipótesis basada en una independencia total de la red se cumpliera, haría falta un tanque de 255 m3. Sin embargo para cubrir el 95% del consumo previsto con agua de lluvia, sería suficiente un tanque de 191 m3. En este caso la gráfica de comportamiento del tanque es la siguiente:
5. Próxima entrega
En el siguiente artículo veremos con más detalle el comportamiento mensual del sistema, la posibilidad de producir un volumen excedentario para otros usos (agrícola, piscinas…), y en qué meses. Igualmente se hará una introducción al rendimiento económico del sistema, lo que puede ayudar a determinar una solución equilibrada entre la superficie captadora y el volumen del tanque, basado en una aproximación a sus costes. En el mismo proceso de cálculo se determinará si la inversión puede tener interés económico además de medioambiental.
