Aprovechamiento de agua de lluvia para consumo humano. 2. Abastecimiento a una Casa Rural

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Sobre el blog

Carlos del Álamo
Arquitecto Técnico. Trabajando 31 años en ingeniería del agua y edificación. Los últimos 6 años en Cooperación Internacional para las empresas públicas españolas Tragsatec y España Expansión Exterior. 11 años en Acciona Ingeniería. 14 años en Wasser.
  • Aprovechamiento agua lluvia consumo humano. 2. Abastecimiento Casa Rural

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 Casa Rural, como ejemplo. 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 libremente la hoja de cálculo que permite estos cálculos, y la última versión del manual de apoyo, en el siguiente enlace de Dropbox.

2. Resumen

La Casa Rural a la que se le diseña un sistema de captación de agua de lluvia tiene una población estable de 8 personas todo el año, a lo que se suman otras 10 los meses de marzo, junio, julio, agosto y diciembre, en una ciudad española con las características pluviométricas coincidentes con la lluvia media de España. La dotación prevista es de 120 litros/hab/día. Además esta Casa Rural necesita otros 20 m3 extra para el mantenimiento de una piscina y para riegos en cada uno de los meses de abril y mayo. Por otros motivos se aportarán otros 5 m3/mes todos los demás meses del año. Para la captación la Casa Rural aporta una cubierta agrícola de 450 m2. Se desea conocer cuál es el volumen de agua de lluvia que se puede lograr de esta cubierta y cuál es el volumen del tanque a construir. En el ejercicio se determina que se puede garantizar el abastecimiento con agua de lluvia del 34% del consumo, es decir, 211 m3/año de los 625,2 m3/año del consumo total, para lo que se construye un tanque de 12.000 litros.

3. Datos de partida

Los datos de partida del proceso de cálculo para esta Casa Rural, sobre la que se propone 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 1 Casa Rural.
  • Nº de habitantes por vivienda: 8 habitantes/vivienda estables todo el año.
  • Dotación de agua: 120 lit/hab/día.
  • Otros consumos: se añade para cada uno de los meses de abril y mayo un consumo extra de 20 m3, mientras que el resto del año es de 5 m3/mes; además habrá una población añadida de otras 10 personas los meses de marzo, junio, julio, agosto y diciembre, con la misma dotación. Estos consumos añadidos son de 274,8 m3/año, con lo que el consumo total se eleva a 652,2 m3/año.
  • Volumen de reserva en tanque: se indica 2 días de consumo; si al finalizar una jornada el tanque no tiene almacenado este 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: se dispone de una cubierta agrícola adaptable de 450 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 12.000 litros, y con una carga inicial de 2.321 litros, lo que garantiza los primeros consumos.

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 únicamente la precipitación media anual. Los datos son estos:


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 se pueden cambiar a conveniencia repercutiendo en la solución adoptada.

Se ofrece una solución a partir de la superficie de captación de 450 m2, proponiendo un tanque de almacenamiento con un volumen de 12 m3.

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 relacionados con la población, son los siguientes:

Obsérvese la diferencia entre los 120 lit/hab/día de partida y los 146 lit/hab/día finales al añadir otros consumos; se recuerda que la población fija es de 8 habitantes que se amplía con otros 10 más durante 5 meses al año.

  • 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 40%. El volumen mínimo ocupado en el tanque es del 19%. Recuérdese que se ha solicitado al sistema una reserva mínima de 2 días.

El aprovechamiento del tanque es alto, lo que también implica que tiene dificultades para almacenar más agua de lluvia.

5. Comportamiento en años meteorológicamente distintos

Los propietarios de la Casa Rural desean conocer cómo se comportará este sistema tanto en los años más húmedos como en los más secos, respecto al año medio utilizado, y así poder evaluar si la instalación actual requerirá reformas que es mejor adoptar ahora.

  • Por ejemplo, para un año con un 25% más de lluvias, la instalación aporta con agua de lluvia el 39% de las necesidades anuales; en este caso con un tanque de 15 m3 se alcanzaría un 41%. Si se dispusiera de una cubierta extra de captación de otros 200 m2, y con un nuevo tanque de un total de 40 m3, el abastecimiento de agua de lluvia ascendería a un 61%.
  • Volviendo al caso original, con 450 m2 de cubierta y 12 m3 de tanque, en un año seco con el 75% de las lluvias promedio, la aportación de agua de lluvia sería del 25% de las necesidades anuales.
  • Sobre la influencia en la variación del número de días de lluvia, manteniendo la misma lluvia tipo promedio anual, es la siguiente: si un año llueve un 50% menos de días el abastecimiento desciende al 27%, y si un año llueve el 50% más de lluvias el abastecimiento se mantiene en el 34%.

6. Rendimiento económico de la instalación propuesta

En el caso tipo de disponer de una instalación de 450 m2 y construir un tanque de 12.000 litros, se realiza una aproximación a la rentabilidad de la inversión. Los datos de partida son supuestos, y los obtenidos de TIR y VPN son:

7. Autonomía con un abastecimiento totoal del agua de lluvia

Finalmente esta Casa Rural desea conocer cuál sería la instalación necesaria para lograr un total abastecimiento con agua de lluvia. El resultado es este:

La gráfica del comportamiento anual del tanque en este último caso es la siguiente:

8. Próxima entrega

En el siguiente artículo veremos qué posibilidades hay de abastecimiento de agua de lluvia en España. Se cuantificará una solución tipo para los datos disponibles de población y consumo doméstico de agua, avanzando un escenario con un potencial ahorro de agua a la aportada actualmente por los servicios públicos.

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