Aprovechamiento de agua de lluvia para consumo humano. Ahorro del 30% en 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. Ahorro 30% Casa Rural

1. INTRODUCCIÓN

El presente artículo propone determinar la superficie de captación de agua de lluvia necesaria para abastecer el consumo de agua de una Casa Rural. Igualmente se calcula el volumen del tanque que le corresponde para almacenar el agua de lluvia captada, tanque al que se añadirá el agua externa que pueda necesitar 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 de 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. Al respecto deben revisarse la legislación vigente en cada caso y las ordenanzas municipales de agua. Los datos aportados de consumo son supuestos.

Se concluye en el presente artículo que es un objetivo razonable lograr un ahorro del 30% del consumo anual de agua del caso de estudio.

2. RESUMEN

La Casa Rural a la que se le diseña un sistema de captación de agua de lluvia, tiene una población estable para su funcionamiento de 5 personas todo el año, a lo que se suman los clientes, con una media algo superior a 7 personas cada día del año.

La ciudad donde está construida tiene las características pluviométricas coincidentes con la ciudad de Vitoria, con 103 días de lluvia al año y una precipitación anual de 782 mm. Esta lluvia es un 34% superior a la media de España, teniendo en cuenta los 50 observatorios provinciales considerados, y que es de unos 583 mm/año.

La dotación prevista es de 130 litros/habitante/día para la población estable, y de 170 litros/habitante/día para los clientes. De esta dotación, el sistema que se abastece de agua de lluvia, y que denominamos Sistema Lluvia, se prevé que aporte 40 litros/habitante/día para inodoros. Además esta Casa Rural requiere otros 165 m3/año extra para el mantenimiento de una piscina, abastecimiento de animales y para riego. Para la captación de lluvia la Casa Rural aporta distintas cubiertas agrícolas con 400 m2 de superficie.

Se desea conocer cuál es el volumen de agua de lluvia que se puede captar de esta cubierta y cuál es el volumen del tanque a construir. Se establece que el tanque, en el año de lluvia medio, no se llene más del 80%, lo que permitirá que esta Casa Rural crezca en su uso previsto, así como que se pueda aprovechar adecuadamente una lluvia superior a la media cuando se produzca.

CONCLUSIÓN INICIAL: se puede garantizar el abastecimiento con agua de lluvia del 30% del consumo, es decir, 250 m3/año de los 843 m3/año del consumo total, para lo que se necesita construir un tanque de 25.000 litros. Con esta instalación se puede garantizar el abastecimiento del 73% del consumo previsto para el Sistema Lluvia, por lo tanto de 250 m3/año sobre lo máximo posible a abastecer con agua de lluvia, y que es de 342 m3/año.

3. DATOS DE PARTIDA

Los datos de partida del proceso de cálculo para esta Casa Rural, son los siguientes.

A) Datos demográficos y de consumo de agua para todo el año

· Nº de viviendas que se desea abastecer: una Casa Rural y sus instalaciones de recreo y agrícolas.

· Población fija: una familia de 5 habitantes estables todo el año, que en parte se dedican a las labores de mantenimiento de la casa.

· Población variable: los meses de junio, julio, agosto, septiembre y diciembre, es de 10 personas de media todos los días del mes, y en el resto es de los meses es de 5. Esto representa una población media de 7,1 habitantes cada día del año.

· Dotación de agua de la población: 130 litros/habitante/día para la población fija y 170 litros/habitante/día para la población variable.

· Otros consumos: se añade un consumo extra de 165 m3/año que se distribuyen en 25 m3 los meses de junio, julio y agosto, y de 10 m3 para cada uno de los demás meses.

· El resumen de consumo previsto, y su aportación con agua de la red pública, y la máxima posible con agua de lluvia, es:

  • Como se aprecia, de estos consumos se prevé aportar por el Sistema Lluvia los 165 m3/año de Otros Consumos, y 40 litros/habitante/día de lo consumido por las poblaciones fija y variable que se correspondería con aportes a inodoros y urinarios; la suma total es, por lo tanto, de 342 m3/año. Al finalizar el estudio veremos la parte realmente abastecida con agua de lluvia de los objetivos propuestos.
  • Volumen de reserva en tanque: se solicita 2 días de consumo como reserva mínima en el tanque; si al finalizar una jornada no se dispone de este volumen de reserva, se inicia la carga automática de agua de la red pública hasta completar el volumen indicado. Como condición se impone el que el tanque no se llene más del 80% de su volumen, lo que permitirá en el futuro aumentar el crecimiento y consumo en la Casa Rural, así como el mayor aprovechamiento en los años de lluvia superior a la media.
  • 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 limita el tipo de uso a riego, urinarios, bebederos de animales, etc., y esto dependiendo del tipo de contaminación.
  • Superficie de captación de agua de lluvia: se dispone de una cubierta agrícola utilizable de 400 m2.
  • PRIMERA CONCLUSIÓN: el volumen del tanque propuesto inicialmente es de 25.000 litros. Esta instalación garantiza el abastecimiento del 30%, 250 m3/año, de todos los consumos previstos en la Casa Rural, que es de 843 m3/año.

B) Datos de lluvia

En este caso se conoce la precipitación en mm de lluvia y el nº de días de lluvia de cada mes del año de la ciudad tipo elegida, que es coincidente con la ciudad de Vitoria. Los datos son:

4. RESULTADO DEL PROCESO DE CÁLCULO

Una vez ajustados los valores de diseño, se observa cómo se comporta la gráfica diaria, durante un año, del volumen de agua en el tanque, tanto de lluvia como de red, y otros datos de interés. Recordamos que lo representado es el Sistema Lluvia, y no el total del consumo previsto. Del estudio de estos datos se obtiene la solución buscada.

En este escenario de partida el resumen mensual y anual de la aportación de agua de lluvia y de red, al Sistema Lluvia, es el siguiente:

  • Para todos los consumos de la Casa Rural, y los dos orígenes posibles, de la red pública y de lluvia, el resultado es que se puede abastecer con agua de lluvia el 30% del consumo, a partir del tanque de 25.000 litros, con el siguiente detalle:
  • Respecto al uso del tanque, se llena hasta un máximo del 79% en algún momento del ciclo anual, aunque el llenado medio es del 37%.

5. COMPORTAMIENTO EN AÑOS METEOROLÓGICAMENTE DISTINTOS

Antes de iniciar las obras correspondientes, los propietarios de la Casa Rural desean conocer cómo se comportará este sistema tanto en años más húmedos como en los más secos, respecto al año medio utilizado para el cálculo, y así poder evaluar si la instalación actual requerirá reformas en el futuro que es mejor adoptar ahora. La gráfica del comportamiento del Sistema Lluvia para un tanque de 25.000 litros y un rango de lluvias entre el 70% y el 130% de la lluvia media, es la siguiente:

  • Como se observa, en un año con el 80% de las lluvias previstas se aportará al sistema 200 m3 de agua de lluvia, o el 24% del consumo, y el tanque alcanzará un llenado máximo del 44%.
  • Sin embargo, a partir de las lluvias por encima de las lluvias medias, por ejemplo con un valor del 110%, el volumen aportado solo crece un 1%, pasando del 30% al 31% de aporte del agua de lluvia, mientras que el tanque se llena al 100% de lo previsto.
  • En conclusión se deduce que el sistema precisa de un almacenamiento mayor, con lo que se podría provechar mejor las posibilidades de captación disponibles.
  • SEGUNDA CONCLUSIÓN: después de realizadas las pruebas oportunas y atendiendo a las posibilidades de la parcela disponible, y a los costes de implantación, se conviene con los propietarios de la Casa Rural que el volumen adecuado del tanque es de 30 m3, con lo que se amplía la captación de lluvia por el lado de las lluvias más intensas de la media. La gráfica que lo representa es la siguiente:

Obsérvese que para una lluvia del 110% el volumen de lluvia almacenada pasa de 261 m3/año con un tanque de 25.000 litros, a 275 m3/año con un tanque de 30.000 litros; igualmente para una lluvia del 120% el volumen de lluvia almacenada pasa de 267 m3/año a 292 m3/año. En resumen, se ha logrado el objetivo buscado que era el de ampliar la captación de recursos aprovechando las lluvias superiores a la media.

6. RESULTADO DEL PROCESO DE CÁLCULO

Una vez ajustados los valores de diseño se observa cómo se comporta la gráfica diaria, durante un año, del volumen de agua en el tanque de 30.000 litros, tanto de lluvia como de red. Recordamos que lo representado es el Sistema Lluvia, y no el total del consumo previsto. Esta gráfica no varía respecto a la del tanque de 25.000 litros ya que representa la gráfica para la lluvia media anual, y no para una lluvia por encima de la media que es la que ha motivado la ampliación del volumen.

· El resumen mensual de la aportación de agua de lluvia y de red, al Sistema Lluvia, es el siguiente:

· El resumen anual de la aportación de agua de lluvia y de red, al Sistema Lluvia, es el siguiente:

· Para todos los consumos de la Casa Rural, y con los dos orígenes posibles del agua, tanto de la red pública como de la lluvia, el resultado con el tanque de 30.000 litros es el siguiente:

  • Respecto al uso del tanque, se llena al 66% en algún momento del ciclo anual del año tipo, aunque el llenado medio es del 31%.

7. ESQUEMA DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA

En la siguiente representación se propone una visión esquemática del sistema completo de agua potable que abastece a la Casa Rural. Obsérvese que el tanque receptor de agua de lluvia también debe recibir agua de la red para garantizar el abastecimiento del Sistema Lluvia. Igualmente se indica que toda la lluvia captada entra al sistema, con lo que no hay excedentes.

8. UNA APROXIMACIÓN AL COSTE DE CAPTACIÓN DE AGUA DE LLUVIA

Se aportan datos económicos que sirven de apoyo a la toma de decisiones en el marco de que la implantación de un sistema de gestión de agua de lluvia, en conjunto con el resto del proyecto completo de la Casa Rural, se encuentre en su fase de diseño, con lo que los costes añadidos para implementar un Sistema de Lluvia son reducidos. En este contexto la pregunta habitual que se plantea es:

  • ¿Cuánto podemos invertir en la captación de agua de lluvia de tal manera que el agua así aportada no resulte más cara que la ahora disponible de la red?

Como se indica se está haciendo una valoración mercantilista del agua, lo que permite acercarse a la tradicional inquietud de si esto es rentable. Los valores para evaluar la rentabilidad de la inversión, son:

  • Vida útil de la instalación: 40 años.
  • Tasa de descuento: 2,5%.
  • Superficie de captación adaptada a partir de las superficies disponibles: 400 m2.
  • Tanque de almacenamiento: 30.000 litros.
  • Coste de adaptación del proyecto, y una sola vez en la vida del proyecto, de la superficie de captación de agua de lluvia y de construcción de tanque de almacenamiento, y otros costes en instalaciones: 13.500 euros. Este sobrecoste se aplica en la fase de diseño y construcción del proyecto.
  • Coste de mantenimiento anual y otros gastos sobre el total de la inversión realizada: 1,5% para el primer año que se incrementa el 2% anual durante cada uno de los 40 años de la vida del proyecto.
  • Ingresos: ahorro de agua de 541 Euros/año a un coste actual de 2,16 Euros/m3, incrementando el precio del agua el 2,5% al año.
  • Con estos datos se obtiene el comportamiento económico de la inversión, que es:

(*) VPN es el valor presente neto de una inversión, y TIR es la tasa interna de retorno de una inversión

9. EN RESUMEN ¿CUÁL ES EL AHORRO DE AGUA?

Respecto al agua para riego, piscina e inodoros, que es la que se pretende abastecer con agua de lluvia, el ahorro es del 73% del consumo anual, o de 250 m3/año. Respecto al total de agua consumida en la Casa Rural, que es de 843 m3/año, los 250 m3/año representan el 30%. La dotación media se reduce en 57 litros/habitante/día desde los 191 litros/habitante/día de partida.

La factura del agua se reduce en 541 Euros/año el primer año, y en 36.435 Euros en la vida prevista del proyecto, que es de 40 años, si no se modifican los datos de partida.

10. ¿SE PUEDE LOGRAR LA AUTONOMÍA TOTAL CON AGUA DE LLUVIA?

Técnicamente sí es posible disponer de un sistema totalmente autónomo que garantice la disponibilidad del agua de lluvia para el uso previsto durante todo el año, a partir del agua captada en la época de lluvia. El sistema de cálculo empleado permite determinar los datos de diseño de este sistema, a partir de una superficie de captación mayor. Ejemplo:

  • Con una superficie de captación de 600 m2, y un tanque de almacenamiento de 83.000 litros se garantiza el 100% del consumo previsto en el Sistema de Lluvia, o el 41% del consumo total.
  • Los mismos resultados se obtienen con una superficie de captación de 700 m2, y un tanque de almacenamiento de 73.000 litros, o con una superficie de 800 m2, y un tanque de almacenamiento de 62.000 litros.

Esta es la gráfica anual del caso 600 m2/83.000 litros:

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