Estudio de un sistema de recolección y aprovechamiento de aguas lluvia para áreas urbanas en la ciudad de Bogotá

 Diana Marcela Fuquene Yate1, Andrea Viviana Yate Segura2, Jhon Ignacio Baquero Cruz3

 1Ingeniera Química, Especialista y Magister en Ingeniería Ambiental. Candidata a Doctora en Proyectos de la Universidad Americana de Europa. 2Ingeniera Química, Magister en Ingeniería Química. 3Ingeniero ambiental

 1, 2, 3Investigador del Grupo de Estudios Ambientales Aplicados – GEAA. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente –ECAPMA. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Bogotá. Colombia

 1, 2, 3geaa.unad@gmail.com

Introducción

El agua es un recurso vital para la vida de los seres vivos y el desarrollo de cualquier civilización, independientemente del lugar de donde se establezca, sin embargo las modificaciones en el clima han generado serios deterioros en este recurso. Por ejemplo, el cambio climático está generando modificaciones en el comportamiento del ciclo del agua que afectan negativamente todo el planeta, de la misma manera el aumento de los niveles del mar están contaminando una gran cantidad de aguas subterráneas de modo que las islas son cada vez más pequeñas afectando ya no solo las zonas rurales, sino también a las zonas urbanas. El aumento de las temperaturas globales está secando toda clase de cuerpos de agua superficiales generado miles de muertes de personas y animales. 

Los efectos del cambio climático a nivel mundial, han obligado a las personas a cambiar sus hábitos, para adaptarse a estos. Tal como se indica en el estudio de acción comunitaria frente al fenómeno del cambio climático en el Guavio, en el cual se muestra la manera en que las prácticas y conocimientos tradicionales de campesinos en relación con la agricultura, la silvicultura y el manejo de recursos como el agua y el suelo, aportan a la mitigación del cambio climático. (Mendoza Velásquez, Cano Muñoz & Rojas Sánchez, 2015), o en el estudio de la contribución de la pesca artesanal en el Amazonas, donde se demuestra la incidencia en la estructura de la cosmovisión y la representación simbólica y cultural, concibiendo la relación entre el recurso hídrico y el recurso pesquero en un medio que conecta a las comunidades indígenas del Amazonas colombiano con su identidad, con sus orígenes y con el territorio. Esta dinámica ha generado una cohesión social y un arraigo cultural, el cual es transmitido y se releva de generación tras generación como fuente de conservación cultural. En consecuencia, el deterioro o la extinción de éste recurso pone en riesgo la conservación de la identidad cultural (Trujillo Osorio & Flórez Laiseca, 2016). 

En este sentido el escrito pretende incentivar el ahorro del recurso hídrico en zonas urbanas como la ciudad de Bogotá, capital de Colombia, a través de la implementación de un sistema de recolección de aguas lluvias, que identifique las principales variables que afectan dicho sistema, tales como: precipitación media, estructuras de los predios, materiales de los techos así como su costo–beneficio para su viabilidad. Resaltando la importancia del recurso hídrico, incentivando el uso de estos sistemas para el ahorro en el consumo de agua y así mejorar las condiciones de los ecosistemas en zonas de captación. 

Metodología

Con el fin de cumplir la estructura del proyecto aplicado en la implementación de un sistema de recolección de agua lluvia para una de las viviendas de la zona urbana de la ciudad de Bogotá, partiendo de la importancia del recurso hídrico, así como las problemáticas que se desprenden de su mal manejo, se implementó dicho sistema en una vivienda de la localidad Tunjuelito del distrito capital. De esta manera se identificaron las principales actividades y procedimientos para la ejecución del proyecto partiendo de una revisión bibliográfica.

Fase I: Identificación del sitio de trabajo

Dado que el planteamiento del presente proyecto, busca contribuir con la solución de una problemática focalizada, se hace necesaria la realización de un reconocimiento e identificación de las principales características de la población objeto de trabajo, con el ánimo de dar las soluciones más acertadas a las necesidades de la población de estudio.

En la localidad de Tunjuelito se localizan 4.120 empresas, lo que representa un 2% del total de empresas en la ciudad de Bogotá (Alcaldía Mayor de Bogotá & Secretaría Distrital de Salud, 2013). Perfilándose como una de las localidades que más posee comercio e industria en Bogotá, lo que refleja que sus predios poseen estructuras grandes y que hay un gran potencial de aprovechamiento para un sistema de recolección de agua lluvia. 

En la Figura 1 se puede observar la distribución porcentual de cada uno de los grupos empresariales de la localidad Tunjuelito.

Figura 1. Número de empresas por sector en Tunjuelito

El sector transporte es uno de los sectores más grandes, sin embargo no posee instalaciones con grandes techos y su estructura se fundamenta principalmente en su flota de prestación de servicios. Las empresas de ropa, curtiembres, teñido de pieles y panadería poseen estructuras fijas que generan posibilidades de aplicación. En la localidad de Tunjuelito se localizan 48.047 predios, que están divididos según la UPZ y su estrato socioeconómico en: población, vivienda y hogares, de estratos medio, bajo, bajo – bajo y sin estrato. (Alcaldía Mayor de Bogotá & Secretaría Distrital de Salud, 2013). 

Considerando esta información se caracterizó el sitio de trabajo y la población, identificando las fortalezas del sector y de la población, así como las debilidades a considerar en el momento de hacer cualquier tipo de propuesta para el sistema de recolección de aguas lluvias SIRALL, a través de encuestas. 

Fase II: Encuestas para determinar el lugar de implementación del SIRALL

Las encuestas están fundamentadas en un monitoreo aleatorio simple, para poder tener un diagnostico empresarial y catastral de la localidad de Tunjuelito en la ciudad de Bogotá. El cálculo de la muestra se realiza a partir de la ecuación 1 (Vivanco, 2005).

La muestra de los predios se hace de forma aleatoria, aplicando la encuesta no solo a predios residenciales sino también a empresas, indistintamente de su objeto comercial o industrial, para determinar en cuál de ellas se puede implementar el sistema. A fin de identificar el predio para la implementación de SIRALL los valores que se trabajan como el intervalo de confianza y el margen de error, no se hace necesario ni conveniente trabajar con valores de alta confiabilidad dado que la función primordial es identificar el predio dentro de una muestra, obteniéndose un tamaño de muestra de 68 unidades, a las cuales se les aplicó la encuesta, que permitió la identificación y caracterización de las necesidades del sector urbano, donde se tuvo en cuenta el número de personas, el área, la disponibilidad económica, la capacidad de monitoreo, el interés cultural y la apropiación del concepto de desarrollo sustentable. De esta manera se establecieron parámetros importantes para la evaluación de los SIRALL presentes en el mercado, buscando aquellos con mayor nivel de eficiencia y capacidad de aplicación para la zona de trabajo. 

Dentro las encuestas realizadas a las curtiembres se pudo evidenciar el control que ejerce la Secretaria Distrital de Ambiente SDA sobre los procesos realizados, lo que permite que el 100% de los encuestados posea sistemas de recolección de agua lluvia, sin embargo a través de las visitas de campo se evidenció que en industrias diferentes al de curtiembres, o casas residenciales no hay mucha concientización acerca de la implementación de sistemas de recolección. 

Durante el reconocimiento de la zona se observó que las empresas y el sector comercial poseen estructuras complejas para la implementación de un sistema de recolección de agua lluvia, mientras que las estructuras residenciales en la mayoría de los casos cuentan con una estructura adecuada, y los residentes se ven interesados por la posible implementación de un SIRALL en su lugar de residencia, sin embargo no todas las estructuras residenciales son aptas y se requieren  ciertas modificaciones para su implementación. 

En la medida que se fue ejecutando la encuesta se iba revelando cual era el predio que podía ser parte del proyecto y direccionó hacia cuatro predios que se ajustaban a los requerimientos y al mismo tiempo los dueños se mostraron interesados en el mismo. En estos predios los dueños estaban dispuestos a monitorear durante gran parte del día sin embargo hacía falta la revisión de los sistema de evacuación de agua lluvia del predio, para poder determinar si el sistema de recolección de agua lluvia se ajustaba a las estructuras mencionadas. Dentro de los cuatro predios candidatos una posee techos accesibles pero de diferentes materiales mientras las otras poseen techos de difícil acceso por lo que finalmente se procede a tumbar el techo y construir uno nuevo para el proyecto. Una vez que se identificó el techo a trabajar se realizó una inspección de estado del estado de mismo. 

Una de las variables a tener en cuenta es que ésta zona de Bogotá está caracterizada tener muchas industrias entre las que se destacan el sector de las maderas, curtiembres y productos químicos además del gran comercio que existe entre los barrios San Carlos y San Benito. Está en medio de una zona céntrica de avenidas, entre las cuales están la avenida Boyacá, carrera 24 y avenida Villavicencio. Por estas características, el volumen de carros transitan especialmente en horas pico. El parque el Tunal se ubica es el epicentro del lugar en donde los habitantes de esta zona realizan actividades de recreación y deporte y actúa como barrera natural contra el ruido y el material particulado. 

Fase III: Elección del SIRALL a implementar

Se partió de un proceso de recopilación documental del acopio de los antecedentes relacionados con los sistemas de aprovechamiento de aguas lluvias aplicados en potencias mundiales, como Estados Unidos, España, entre otros, y en países en vía desarrollo que lo realizan de manera artesanal; con el ánimo de presentar una estrategia con reales posibilidades de aplicación en la zona. 

De esta revisión, se pudo concluir que los sistemas de recolección de aguas lluvias tienen múltiples diseños que dependen estrictamente de la ubicación y de las condiciones físicas de la estructura en la que se va implementar; algunos sistemas trabajan con filtros bastante tecnificados y otros con unos artesanales; sin embargo, las bases de construcción son las mismas y cuentan con las siguientes partes (Anaya, 1998):

  • Área del techo de las estructura.
  • Canales de transporte de agua.
  • Tubería.
  • Sedimentador
  • Filtros
  • Llave de salida. 

El método de captación de aguas lluvias definido para la implementación fue por medio de los techos, el cual presenta las ventajas y desventajas mostradas en la Tabla 1.

Tabla 1. Ventajas y desventajas de la captación de aguas lluvias por medio de los techos

 Fase IV: Construcción e implementación del SIRALL

Los tanques de almacenamiento están conectados por medio de una tubería de 4 inch, con el fin de que el proceso trabaje por sí solo, de tal manera que cuando un tanque se llene los procesos de filtración y sedimentación puedan aplicarse sin necesidad del control de un tercero. Para esto, lo primero que se hace es medir la altura del tubo que intercepta a cada tanque, luego se demarca con el perímetro de la tubería y se perfora. Posterior a la instalación de los componentes, es necesario un proceso de monitoreo y evaluación de cada uno de estos, de manera organoléptica y con prácticas de laboratorio, para determinar la funcionalidad de los modelos implementados en cuanto resistencia, durabilidad, aprovechamiento del espacio y de caudales de lluvia y para confirmar su eficiencia respecto a la calidad del agua tratada. Por tanto, se dispone de monitoreos diarios, con y sin lluvias, con tomas de muestras para medir en el laboratorio parámetros organolépticos y fisicoquímicos del agua recolectada. 

Para verificar que el SIRALL funciona adecuadamente se revisa que los techos, canaletas, tuberías y tanques de almacenamiento estén bien instalados y funcionen adecuadamente en las épocas de invierno, y se revisa organolépticamente la calidad de agua que se está captando en los tanques de almacenamiento. El monitoreo del volumen de agua que se puede captar en el área del techo se trabaja con dos herramientas, la primera es por medio de un pluviómetro y la segunda con la medición directa en los tanques de almacenamiento. 

Resultados y discusión

La principal ventaja de los SIRALL es que se pueden implementar en cualquier lugar adaptando las canaletas y colocando algunos tanques para almacenar el agua recolectada, lo que ayuda a ahorrar costos y a preservar el recurso hídrico. La principal desventaja, es que depende estrictamente del clima y necesita espacios relativamente grandes para adecuar los tanques de almacenamiento y poder sacar el máximo provecho de este tipo de captación. La captación de agua lluvia se puede implementar por medio de varias técnicas, eso depende estrictamente del lugar en donde se pretenda implementar el sistema y se deben tener en cuenta variables tales como el clima, la topografía, el uso del suelo y la cantidad de agua de la cual se quiere disponer. 

Los monitoreos son muy importantes para saber cómo está funcionando el sistema y que partes se deben ajustar, en este sentido es de vital importancia verificar el SIRALL todos los días, especialmente en los días lluvias, para ir mejorando las partes que lo componen. Según los monitoreos realizados al SIRALL, el mes de marzo del año 2015 fue el más lluvioso con una recolección de 832 L, el segundo mes con más lluvias fue paradójicamente el mes junio, un mes que siempre ha sido de pocas lluvias (Pavón & Torres, 2007), con un total de 796 L y se presentó un leve aumento en el mes de octubre con 193 L de agua. Mientras que los meses de febrero, abril y mayo tuvieron los volúmenes más bajos del año, tal como se observa en la Figura 2:

Figura 2. Litros de agua lluvia recolectados por el SIRALL en el 2015

Los días sin lluvias se pueden analizar desde dos puntos de vista, el primero es el volumen de agua almacenada en los tanques de almacenamiento desde la última lluvia y cómo según el régimen de gasto, este volumen se consume en cierto tiempo, y el segundo factor es la acumulación de material partículado y residuos sólidos como ramas, piedras, desechos de animal en los techos y canales. En la primera situación se puede ver que el agua se agota en aproximadamente dos días, ya que el régimen de consumo de la vivienda es de 20m3/día, utilizados para el lavado de ropa, el uso de los baños y la limpieza de los pisos. En la segunda situación de los días sin lluvias, la canaleta y el techo se llenan de material particulado que hace que los filtros disminuyan su capacidad y el sistema no tenga la suficiente eficiencia, esto no solo conlleva a que el sistema trabaje mal sino que también ocasiona que el agua recolectada salga con deficiencias en su calidad.

Para solucionar el inconveniente del material particulado, el SIRALL cuenta con procesos de cribado y sedimentación, que están compuestos por tres mallas que detienen los sólidos más grandes antes que el agua llegue a los tanques de almacenamiento. 

En cuanto a la calidad del agua, se midieron los parámetros mostrados en la Tabla 2.

Tabla 2. Calidad del agua recolectada

Los resultados de calidad del agua, demuestran que el agua posee un rango bajo de sólidos totales lo que indica que los tratamientos físicos como la filtración y la sedimentación están funcionando de manera adecuada. La temperatura del agua fluctúa según a la hora del día que se tome dicha temperatura, por ejemplo en horas del mediodía la temperatura llega a 20⁰C mientras que entre las once de las noche y la una de la madrugada puede llegar a 13⁰C. 

El factor costo-beneficio se puede analizar desde el área de captación y la cantidad de precipitación, entre mayor sean las dos variables mayor será el beneficio del sistema y por ende habrá una mejor tasa de retorno de la inversión. También se debe tener en cuenta que a mayor estratificación la inversión será más productiva, de la misma manera si un SIRALL es implementado en sectores industriales aumentará su eficiencia económica dado que el metro cubico de agua para esta clase de sectores es más elevado que el sector residencial. 

Conclusiones

El SIRALL funciona de manera adecuada, recolectando agua que posee una buena calidad para su uso, pero no es apta para el consumo humano, a pesar de que los análisis realizados para coliformes fecales fueran negativos; ya que el oxígeno disuelto es muy bajo.

Se deduce que a mayor tiempo de retención del agua en los tanques de almacenamiento menor será el oxígeno disuelto, esto se debe principalmente a que los tanques permanecen cerrados y no puede ganar oxígeno. La única forma en que lo el agua gane oxigeno es la llegada de nuevas lluvias o la instalación de un soplador, lo que aumentaría los costos y la complejidad del sistema.

Los cambios significativos en los parámetros analizados son provocados por dos factores, que son la contaminación atmosférica producto de la transformación de contaminantes primarios en la atmósfera, y el tiempo de retención en los tanques de almacenamiento; ya que se presenta una pérdida de oxígeno disuelto, acumulación de sólidos y riesgo de contaminación.

Finalmente, se concluye que sería muy conveniente implementar los sistemas de recolección de aguas lluvias de manera masiva en las zonas que están cerca a los cerros orientales de Bogotá dado a que estos lugares poseen el mayor porcentaje de pluviosidad de las zonas de la ciudad de Bogotá.

 

Literatura citada

  1. Alcaldía Mayor de Bogotá & Secretaría Distrital de Salud. (2013). Diagnóstico local en salud con participación social 2012 Localidad sexta de Tunjuelito. Bogotá: Bogotá humana.
  2. Anaya, M. (1998). Sistemas de captación de aguas lluvias para el uso doméstico en América latina y el Caribe. México: Agencia de cooperación técnica IICA.
  3. Mendoza Velásquez, S. A., Cano Muñoz, J. G. & Rojas Sánchez, F. (2015). Acción comunitaria frente al fenómeno del cambio climático, en el páramo de la región del Guavio, Cundinamarca, Colombia. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 6 (1) enero-junio, 265-279. Recuperado de: http://hemeroteca.unad.edu.co/index.php/riaa/article/view/1286/1622
  4. Pavón, J. D. & Torres, G. (2007). Impacto socioeconómico de los fenómenos El Niño y La Niña en la Sabana de Bogotá durante el siglo XX. Revista Colombiana de Geografía (16), 81-94.
  5. Torres, M. & Salazar, F. (Julio de 2006). Tamaño de una muestra para una investigación de mercado. (U. R. Facultad de ingeniería, Ed.) Boletín electrónico No. 02, 1-13.
  6. Trujillo Osorio, C. & Flórez Laiseca, A. M. (2016). Contribución económica de la pesca artesanal a la economía de las comunidades ribereñas del Amazonas Colombiano. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 7 (1) enero-junio, 104-121. Recuperado de: http://hemeroteca.unad.edu.co/index.php/riaa/article/view/1546/1862
  7. Vivanco, M. (2005). Muestreo estadístico diseño y aplicaciones (Primera ed.). Santiago de Chile: Universitaria.

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