Diseño de un Sistema de Aprovechamiento de Agua Lluvia bajo
criterios de Eficiencia Hídrica en Edificios. Caso de estudio: Edificio
de Clases y Laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería,
Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del
Ecuador
Valenzuela C.*; Muñoz F.**; Gomes R.***
*Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática, Quito, Ecuador
Polytechnic Institute of Leiria, School of Technology and Management, Leiria, Portugal
e-mail: carvalenp88@hotmail.com
**Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática, Quito, Ecuador
Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento de Quito (EPMAPS)
e-mail: fpmunoz@uce.edu.ec
***Polytechnic Institute of Leiria, School of Technology and Management, Leiria, Portugal
INESC - Institute for Systems Engineering and Computers at Coimbra, Portugal
e-mail: ricardo.gomes@ipleiria.pt
Información del artículo
Recibido: julio 2018
Aceptado: septiembre 2018
Resumen
El agua es uno de los recursos naturales indispensables para el desarrollo de la vida. Lamentablemente, la condición de recurso
renovable es muy cuestionada. Ecuador es uno de los países de América del Sur con mayor número de fuentes de agua dulce
superficiales y subterráneas considerando su área continental. Sin embargo, existen factores influyentes que afectan la dispo-
nibilidad del agua dulce como recurso natural y que ponen en riesgo el volumen de estas reservas. El crecimiento exponencial
de las poblaciones, el inclemente cambio climático, la falta de leyes y mecanismos de control para el uso responsable de agua
potable y en especial, la escasez de cultura sobre la aplicación de prácticas responsables para el uso de agua potable en edifi-
cios, hace que este recurso se agote rápidamente. Las cifras estadísticas indican datos alarmantes de Ecuador con respecto a
los países de la región, ya que es el mayor consumidor de agua potable con dotaciones que superan los 237 litros/(habitante.
día). Esta realidad hace imprescindible que se reduzcan los consumos de agua potable en edificios para mejorar su eficiencia
hídrica y convertirlos en proyectos autosustentables sin afectar la sensación de confort en los usuarios. El principal objetivo de
este trabajo es el de presentar los resultados obtenidos sobre al análisis de eficiencia hídrica en edificios universitarios de Quito
a través de metodologías de cálculo internacionales como la sugerida por la “ANQIP - Associação Nacional para a Qualidade
nas Instalações Prediais”, de Portugal. Se concluye que, la instalación de un sistema de aprovechamiento de agua lluvia reducirá
considerablemente los consumos de agua potable en un edificio con bajo desempeño hidráulico. El presente estudio se da como
tema de investigación de Maestría en el Instituto Politécnico de Leiria y la Universidad Central del Ecuador.
Palabras clave: Agua de lluvia, Cambio climático, Eficiencia Hídrica en edificios
Abstract
Water is one of the indispensable natural resources for the development of life. Unfortunately, the condition of renewable re-
source is very questioned. Ecuador is one of the countries in South America with the largest number of shallow and under-
ground freshwater sources considering its continental area. However, there are influential factors that affect the availability of
fresh water as a natural resource and that put the volume of these reserves at risk. Te exponential growth of populations, the
inclement climate change, the lack of laws and control mechanisms for the responsible use of drinking water and especially, the
lack of culture on the application of responsible practices for the use of potable water in buildings, causes this resource to be
exhausted quickly. Te statistical figures indicate alarming data of Ecuador with respect to the countries of the region, since it
is the largest consumer of drinking water with endowments exceeding 237 (liters/inhabitant.day) Tis reality makes it essential
to reduce drinking water consumption in buildings to improve their water efficiency and turn them into self-sustaining projects
without affecting the user’s sense of comfort. Te main objective of this work is to present the results obtained on the analysis
of water efficiency in university buildings in Quito through international calculation methodologies such as the one suggested
by the Portuguese Association for Quality in Building Services Installations (ANQIP). It is concluded that the installation of
a rainwater harvesting system will considerably reduce the consumption of drinking water in a building with low hydraulic
performance. Te present study is given as a subject of Master’s research at the Polytechnic Institute of Leiria and the Central
University of Ecuador.
Keywords: Rainwater, Climate change, Water Efficiency in Buildings
25
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Introducción
de agua potable. Por lo tanto, ha sido necesario
aumentar las tasas económicas en los países de la
El principal inconveniente que incrementa los
región como una medida emergente para reducir
consumos de agua potable es precisamente la do-
el consumo de agua potable en los sectores resi-
tación que se asigna a cada ciudad. En el Ecuador,
dencial e industrial. [3] [4]
la dotación promedio de agua potable es de 237
litros/(habitante.día), lo cual representa una de
las cifras más altas de la región. Si a este dato re-
ferencial se añade la falta de conciencia y cultura
de la sociedad por hacer un buen uso del recurso
natural, es lógico que los indicadores de desem-
peño reflejen tal gasto volumétrico de agua pota-
ble durante cada año. [1] [2]
La figura 1, muestra el consumo promedio de
agua potable de los países que forman parte de la
región. El consumo exagerado de agua potable en
Ecuador, no se justifica ni por el número de habi-
tantes en el país, ni tampoco por las condiciones
climáticas ya que no son extremas como en otros
países de la lista.
Figura 2. Tarifas de agua potable en las capitales sudamericanas.
Figura 1. Consumo promedio de agua potable por países.
Materiales y métodos
La investigación realizada muestra, a través de la
figura 2, el análisis de las tasas por metro cúbico
el análisis de eficiencia hídrica se ejecuta sobre
de agua potable en las capitales de los países de
dos edificios. El Edificio de Clases tiene aprox-
América del Sur.
imadamente 22 años y el Laboratorio de Hi-
dráulica tiene más de 40 año. Ninguno de estos
Como es evidente, Quito durante el 2017, tiene
edificios tiene una certificación o evaluación de
una de las tarifas más bajas, por lo tanto, el con-
la eficiencia hídrica en este momento, su sumin-
sumo de agua potable es extremadamente alto, ya
istro de agua depende cien por ciento del sistema
que no hay impacto económico sobre los usuari-
público de agua de Quito.
os.
La ocupación de estos edificios, especialmente
El impacto del uso indiscriminado e incontrolado
en el Edificio de Clases, es muy alta ya que es
de agua dulce en América del Sur también está
en este lugar donde se imparten las clases de las
relacionado con la disponibilidad de recursos na-
diferentes especialidades de lunes a viernes en
turales y la falta de leyes que regulen el consumo
periodos de 12 horas. La metodología empleada
26
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
para evaluar la eficiencia hídrica de ambos edifi-
50 litros/(estudiante.día). Esta certificación
cios es la siguiente:
sugerida se resume con la tabla 2 [5] [6].
a) Caracterización arquitectónica: La importan-
cia de la caracterización arquitectónica está
Tabla 2. Dotación de agua potable para edificios universitarios
relacionada con la identificación de puntos o
instalaciones sanitarias que deben ser consi-
deradas para mejorar el desempeño hídrico y
Consumo admisible establecido por la
el confort de los usuarios.
NEC
Categoría
b) Caracterización hidrosanitaria: permite
litros/(estudiante.día)
identificar todos los dispositivos sanitarios y
A++
0 < c ≤ 20
caracterizarlos en base a sus consumos. Para
A+
20 < c ≤ 25
el Laboratorio de Hidráulica se inspeccionan
A
25 < c ≤ 30
3 dispositivos sanitarios (2 llaves de baño y 1
B
30 < c ≤ 35
inodoro). En el caso del Edificio de Clases, se
obtienen los resultados que se detallan en la
C
40 < c ≤ 60
tabla 1.
D
60 < c ≤ 70
E
c > 70
Tabla 1. Caracterización sanitaria del Edificio de Clases
El etiquetado sugerido según la certificación de
la eficiencia hídrica de un edificio y sus dispositi-
Dispositivo
Cantidad
Categoría
vos sanitarios se basa en el volumen total de agua
Sanitarios
17
-
potable que consume mensualmente, donde A++
Llaves de baño
18
-
se considera el grado más alto de eficiencia y E,
Llaves de cocina
4
-
el más bajo. El sistema de etiquetado se propone
de acuerdo con las categorías establecidas en la
Urinarios
10
C
tabla 2.
c)
Certificación y etiquetado: La certificación
La figura 3, detalla el rotulado que se diseña para
emitida sobre eficiencia hídrica, es la catego-
evaluar la eficiencia hídrica de los edificios resi-
rización que se da a un edificio en base al re-
denciales y no residenciales en Ecuador.
sultado calculado de sus consumos totales de
agua potable. Para ello, se toman en consid-
eración las dotaciones que por normas o regla-
mentos nacionales son establecidas para cada
ciudad. En este caso, se consideran las nor-
mas nacionales vigentes que establecen una
dotación promedio para edificios universitar-
ios de 40 a 60 litros por estudiante por día. [5]
Con base en el promedio de consumo de refer-
encia útil, dispositivos sanitarios y el mercado
ecuatoriano, se propone a través de una pro-
porción análoga del modelo de certificación
y etiquetado que la ANQIP sugiere para Por-
tugal, una certificación que se ajuste a los re-
Figura 3. Rotulado de eficiencia hídrica para edificios
querimientos de Quito basada en una dotación
referencial para edificios universitarios de
27
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
g) Determinación de consumos: para determi-
nar el volumen de cada dispositivo sanitario
en ambos edificios, se utilizan dos métodos.
El primero, hacer aforos volumétricos tradi-
cionales y el segundo, con la ayuda de un dis-
positivo electrónico patentado que permite
determinar el caudal en litros por minuto de
d)
Patrón de uso interno del agua: se determina
cada dispositivo sanitario. [7]
cómo el agua es utilizada en los edificios, en
base a los dispositivos que forman parte de
las instalaciones sanitarias. Se descarta, por
Resultados y discusión
ejemplo, la presencia de duchas o máquinas
Un total de 49 puntos de instalaciones y servi-
de lavado.
cios hidrosanitarios forman parte del Edificio de
e)
Consumos unitarios de dispositivos: conside-
Clases y 3 puntos del Laboratorio de Hidráuli-
rando las normas vigentes en el país, se esta-
ca, por lo que es esencial determinar su catego-
blecen cuáles son los consumos mínimos que
rización sobre eficiencia hídrica. El consumo
requiere cada dispositivo sanitario estándar
promedio de agua es más alto en el Laboratorio
para categorizarlo en base a la certificación
de Hidráulica, porque los dispositivos que se
propuesta.
instalan son muy antiguos y requieren mayores
volúmenes de agua para su funcionamiento.
f)
Factores de uso: se determinan los factores de
uso para cada dispositivo sanitario evaluado,
La tabla 3 muestra la eficiencia hídrica obtenida
los cuales son parámetros que establecen la
del Edificio de Clases.
frecuencia con la cual se utiliza cada disposi-
tivo sanitario.
Tabla 3. Eficiencia hídrica del Edificio de Clases
Total litros/(persona/
Flujo (Promedio)
Factor de Uso
Dispositivo
Unidades
día)
(A)
(B)
(C) = (A) X (B)
Inodoro
litros
5.94
1.14
6.77
Llave de baño
litros/min
4.03
2.24
9.03
Llave de cocina
litros/min
6.17
0.60
3.70
Urinario
litros
0.50
6.71
3.36
Consumo total calculado (litros/persona.día) Suma de Columna (C) = (1)
22.86
Multiplicativo
(No hay lavadoras)
1.00
l/lavado
Adicional CWM
(=0, no lavadoras)
0.00
Factores de corrección
l/(persona.día)
l/lavado
Adicional
(=0, no lavadoras)
0.00
l/(persona.día)
DM
Contribución por uso de agua lluvia l/(persona.día)
0.00
Contribución por reciclaje de aguas servidas l/(persona.día)
0.00
Contribución por uso de aguas subterráneas l/(persona.día)
0.00
CONSUMO DE AGUA TOTAL l/(persona.día)
22.86
USOS EXTERNOS l/(persona.día)
0.00
CONSUMO TOTAL l/(persona.día)
22.86
CATEGORÍA DE EFICIENCIA HÍDRICA DADA AL EDIFICIO
A+
28
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
La sorpresa es evidente. Como se muestra en la
universitarios de la tabla 2, se asigna una cate-
tabla 3, el Edificio de Clases logra una categoría
goría equivalente a “A+”, ya que está dentro del
muy aceptable de eficiencia de agua en compara-
rango de 20 a 25 litros/(persona.día).
ción con la categoría del Laboratorio de Hidráuli-
ca cuyos resultados se detallan en la tabla 4 y que
Por el contrario, la eficiencia hídrica del Labora-
realmente reflejan una deficiencia en el sistema
torio de Hidráulica está en un rango intermedio a
hidrosanitario existente. Esto es producido prin-
pesar de que solo tiene tres dispositivos sanitarios
cipalmente por los dispositivos ecoeficientes in-
y un mínimo de 10 personas trabajando en este
stalados en el primer edificio a pesar del mayor
lugar, como lo demuestra la tabla 4.
número de usuarios.
En ambos casos, el sistema de recolección de agua
El consumo total de agua es de 22.86 litros/(per-
de lluvia es una alternativa muy importante para
sona.día) para el Edificio de Clases de la Facul-
tad de Ingeniería. Comparando este valor con la
mejorar estas categorías, especialmente el Labo-
clasificación por consumo estándar para edificios
ratorio de Hidráulica.
Tabla 4. Eficiencia hídrica del Laboratorio de Hidráulica
Total litros/(persona/
Flujo (Promedio)
Factor de Uso
día)
Dispositivo
Unidades
(A)
(B)
(C) = (A) X (B)
Inodoro
litros
8.44
2.64
22.28
Llave de baño
litros/min
4.00
5.43
21.72
Consumo total calculado (litros/persona.día) Suma de Columna (C) = (1)
44.00
Multiplicativo
(No hay lavadoras)
1.00
l/lavado
Adicional CWM
(=0, no lavadoras)
0.00
Factores de corrección
l/(persona.día)
l/lavado
Adicional
(=0, no lavadoras)
0.00
DM
l/(persona.día)
Contribución por uso de aguas lluvia l/(persona.día)
0.00
Contribución por reciclaje de aguas servidas l/(persona.día)
0.00
Contribución por uso de aguas subterráneas l/(persona.día)
0.00
CONSUMO DE AGUA TOTAL l/(persona.día)
44.00
USOS EXTERNOS l/(persona.día)
0.00
CONSUMO TOTAL l/(persona.día)
44.00
CATEGORÍA DE EFICIENCIA HÍDRICA DADA AL EDIFICIO
C
29
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Dimensionamiento del sistema de aprovechamiento de agua lluvia
con el objetivo de dimensionar los componentes
Es decir, el sistema de aprovechamiento de aguas
del sistema de captación de agua de lluvia, es im-
lluvia deberá suministrar 56.00 m3 cada mes para
portante determinar el consumo mensual de agua
dispositivos como urinarios, inodoros, o para
en ambos edificios para identificar el volumen to-
usos exteriores.
tal que se requerirá para suministrar a través del
Superficie de recolección de aguas lluvia
sistema de recolección de agua de lluvia los usos
no potables.
La figura 4, muestra a la izquierda, la superficie
considerada para la recolección de agua lluvia del
Consumo mensual de agua potable en el Edificio
Edificio de Clases que es de 970 m2 y al lado dere-
de Clases:
cho la superficie de la cubierta del Laboratorio de
Para calcular el consumo mensual, se toman en
Hidráulica que es igual a 138 m2.
cuenta 22 días debido a que los fines de semana
se descartan (sábado y domingo) porque no se
consideran como días en los que hay consumo
de agua en las instalaciones que forman parte del
caso de estudio. El promedio de usuarios en este
edificio es de 228 personas, entonces:
• Usos no potables (inodoros y urinarios) -
Volumen considerado para el Sistema de re-
colección de aguas pluviales:
Figura 4. Cubiertas para recolección de aguas lluvia.
Sin embargo, y teniendo en cuenta el alto con-
sumo mensual calculado, se considera como una
Consumo mensual de agua potable en el Laborato-
solución adicional, la colección de agua que se
rio de Hidráulica:
infiltra en el área verde que se encuentra junto
El promedio de usuarios en este edificio es de 10
al Edificio de Clases. La figura 5, indica el área
personas, entonces:
considerada como zona de infiltración de agua de
lluvia (polígono amarillo) con una extensión de
• Usos no potables (inodoros y urinarios) -
4000 m2, sin embargo, se utilizan 1500 m2 inicial-
Volumen considerado para el Sistema de re-
mente.
colección de aguas pluviales:
Por lo tanto, el volumen total de agua requerido
durante cada mes del año para satisfacer las necesi-
dades de los usuarios en consumo de agua no po-
table de los dos edificios en estudio es igual a:
Figura 5. Zonas verdes consideradas en el diseño
30
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
Con respecto al caso de estudio, la estación pluviométrica operativa más cercana es la de Iñaquito cuyo
código es el M0024 y que posee datos desde el año de 1975. Para el presente diseño se utilizan los datos
pluviométricos de los últimos 10 años y se obtiene a través de la tabla 16, el promedio de intensidad de
lluvias en milímetros, por mes. [8] [9] [10]
Tabla 5. Cálculo del sistema de aprovechamiento de aguas lluvia
Lluvia
Volumen
Volumen
Volumen de agua en
Consumo
Diferencias
el reservorio
mensual
que aporta
Diferencia
adoptado de la
Suministro
mensual
de cálculo
promedio
la lluvia
reserva
(m3)
Mes
(mm)
(m3)
(m3)
(m3)
(m3)
(m3)
Inicio
Fin
(m3)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
Ene
113.78
56.00
188.83
132.83
132.83
15.00
15.00
0.00
Feb
113.83
56.00
188.92
132.92
132.92
15.00
15.00
0.00
Mar
173.33
56.00
287.66
231.66
231.66
15.00
15.00
0.00
Abr
148.24
56.00
246.02
190.02
190.02
15.00
15.00
0.00
May
134.72
56.00
223.58
167.58
167.58
15.00
15.00
0.00
Jun
28.56
56.00
47.40
-8.60
0.00
15.00
6.40
0.00
15.00
Jul
11.90
56.00
19.75
-36.25
0.00
6.40
0.00
29.85
Ago
9.60
56.00
15.93
-40.07
0.00
0.00
0.00
40.07
Sep
46.93
56.00
77.88
21.88
21.88
15.00
15.00
0.00
Oct
119.35
56.00
198.07
142.07
142.07
15.00
15.00
0.00
Nov
70.88
56.00
117.62
61.62
61.62
15.00
15.00
0.00
Dic
47.68
56.00
79.12
23.12
23.12
15.00
15.00
0.00
Total
1018.79
672.00
69.92
Uso total de agua de lluvia [m3] (10)
647.08
88.40% (11)
Se considera un volumen de 15.00 m3 para el
reservorio que, para los cálculos realizados, per-
mitirá utilizar el 88.40% del agua de lluvia. Se
garantiza que el volumen considerado para el
Figura 6. Zonas verdes consideradas en el diseño.
reservorio, puede tener agua para usos no pota-
bles en el Edificio de Clases y el Laboratorio de
Hidráulica en el mes de junio, donde la lluvia no
cubre la demanda de consumos mensuales de es-
tos edificios.
Diseño de los componentes del sistema
de aprovechamiento de aguas lluvia
El diseño propuesto, conserva algunos elementos
como las cubiertas de los edificios, que están en
buenas condiciones y son capaces de recoger el
agua de lluvia requerida de acuerdo con la metod-
ología de cálculo, tal como lo muestra la figura 6.
31
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Diseño del estanque artificial
Para diseñar el estanque artificial es importante
(1)
llevar a cabo la descomposición del volumen de
agua generado por la contribución del propio es-
tanque y de los techos considerados, tal como lo
muestra la tabla 6.
Altura para el estanque artificial:
•
Área de captación de agua = 1500.00
m2 (aprobado)
Como se verifica, una de las ventajas de este com-
•
Coeficiente de escorrentía = 0.50 (área
ponente es que no requiere grandes profundi-
verde)
dades para cumplir su función.
•
Eficiencia hídrica de filtración = 0.95
Es muy importante que el estanque artificial con-
tribuya con un alto valor estético a la zona, espe-
cialmente que esté en armonía con el entorno que
Tabla 6. Contribución del estanque artificial y
existe en el área planificada para su construcción.
cubiertas
Su concepción arquitectónica debe buscar mejo-
rar este espacio mediante la implementación de
Contribución
Contribución
formas irregulares que permitan jugar con el pai-
Volumen de
del estanque
de las cubi-
saje sin alterarlo y sin caer en un exceso de sim-
Mes
agua utilizable
artificial
ertas
plicidad.
(m3)
(m3)
(m3)
La propuesta es la detallada en la figura 7 y las
Ene
81.07
107.76
188.83
dimensiones del estanque artificial detalladas en
Feb
81.11
107.81
188.92
la figura 8, garantizan un área de 225 m2.
Mar
123.50
164.16
287.66
Abr
105.62
140.40
246.02
May
95.99
127.59
223.58
Jun
20.35
27.05
47.40
Jul
8.48
11.27
19.75
Ago
6.84
9.09
15.93
Sep
33.43
44.44
77.88
Oct
85.04
113.03
198.07
Nov
50.50
67.12
117.62
Dic
33.97
45.15
79.12
Por lo tanto, y considerando que el volumen
máximo que el estanque artificial puede con-
tribuir al sistema de recolección de agua de lluvia
es de 123.50 m3, se debe dimensionar para este
parámetro.
Se establece como dato de inicio, que el estanque
Figura 7. Arquitectura del estanque artificial.
debe poseer una altura mínima de 55 centímet-
ros, por lo tanto el área del estanque se obtiene a
través de (1).
32
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
Reservorio de auto limpieza
Se estima que el volumen que para cubiertas de
concreto armado se debe considerar un volumen
de 0.80 litros por cada metro cuadrado para pod-
er realizar la limpieza de esta superficie. Por lo
tanto, el volumen del depósito auto limpiante es:
Por lo tanto, se considera una base de 1 metro por
1 metro para este depósito. Teniendo en cuenta
que debe haber al menos 30 a 40 centímetros li-
bres entre el nivel máximo de agua y la superficie
Figura 8. Zonas verdes consideradas en el diseño.
inferior de la cubierta del depósito, el siguiente
valor se da como altura de acuerdo con (3).
La suma de la columna tres de valores en la tabla
21 muestra la cantidad de agua que llega al es-
tanque artificial y los techos durante el año. Con-
siderando que la demanda de agua para usos no
potables por año es de 672 m3, se puede establecer
el volumen de reserva de este elemento a través
de (2).
Usando un espesor de pared de 20 centímetros,
Volumen del estanque artificial
la figura 9 muestra el diseño final de este com-
ponente.
Reserva del volumen de estanque artificial por
año: Total de agua lluvia que ingresa al sistema,
menos la demanda de consumo no potable exis-
tente.
Este volumen representa la reserva de agua de llu-
Figura 9. Reserva de auto limpieza.
via del estanque artificial para hacer frente a las
fluctuaciones de precipitación y consumo.
33
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Reserva de aguas lluvia
La sección circular, admite una sola malla de ace-
ro que se puede instalar a lo largo del perímetro
ya que esta sección es continua y no tiene esqui-
nas. Además, es más adecuado para actividades
de limpieza y mantenimiento. Por este motivo, se
adoptan las siguientes dimensiones internas para
almacenar un volumen de aguas lluvia de 15 m3:
• Sección: circular
• Radio = 1.70 m
• Nivel máximo de agua de lluvia = 1,65 m
Figura 11. Vista en planta del reservorio.
Sin embargo, es importante agregar alturas de se-
Sistema de bombeo
guridad entre el borde inferior de la losa superior
del tanque y el nivel máximo de agua de lluvia.
Para el cálculo del sistema de bombeo, se realizan
Por lo tanto, su altura final se calcula con (4).
dos procedimientos. El primero de ellos, las pér-
didas de agua son descartadas por la tubería y los
accesorios donde se estima la instalación de una
tubería de PVC de 32 mm de diámetro nominal.
El segundo proceso considera el diseño de un
sistema de bombeo teniendo en cuenta las pérdi-
das por tubería y accesorios instalados en el siste-
ma con una tubería de acero galvanizado de 32
Las figuras 10 y 11, respectivamente muestran el
mm de diámetro. En ambos casos, se determina
diseño en vista en planta y vista en elevación del
la potencia de la bomba. El caudal de bombeo se
tanque de reserva para el sistema de recolección
calcula por segundo.
de agua de lluvia.
Flujo volumétrico requerido por mes = 61.0 m3
1.Bombas con tuberías de pvc (pérdida
de carga descartada)
Figura 10. Vista en elevación del reservorio.
• Altura total de impulsión (H) = 17.38 m
(al nivel donde se instala el reservorio en
la cubierta)
34
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
• Densidad del agua = 1000 kg/m3
El cálculo de las pérdidas de carga por diferentes
factores que se dan en el sistema de bombeo se
• Fuerza de gravedad = 9.81 m/s2
enlistan a continuación:
La potencia de la bomba se calcula aplicando (5).
•
Pérdidas de carga por fricción entre pare-
des de tubería y fluido: hf = 0.019 m.
•
Pérdida de carga debido a estrechamiento
de tubería: hN = 0.00018 m.
•
Pérdida de carga debido a ensanchamiento
de tubería: hB = 0.00036 m.
La potencia requerida para la bomba es de solo
•
Pérdidas de carga debido al uso de acce-
0.013 HP.
sorios: ha = 0.00311 m.
2.Bombas con tuberías de acero
La suma de todas las pérdidas calculadas será el
galvanizado (se considera la pérdida
valor determinado para las pérdidas hidráulicas
de carga)
de este sistema través de (7).
• Viscosidad = 0.001003 kg/ms (según la
temperatura asumida)
• Material = Acero comercial
• Diámetro de tubería = 32mm (nominal);
28.8mm (interno)
• Longitud de tubería = 50.0 m
• Caudal de bombeo (Q) = 5.5 x 10-5 m3/s
• Altura total de impulsión (H) = 17.38 m
Como se aprecia, la pérdida de carga en el sistema
• Fuerza de gravedad = 9.81 m/s2
es mínima. La altura dinámica según Bernoulli
tiene un resultado igual a 19.16 m para los datos
La velocidad del flujo en el interior de la
considerados en este proceso de cálculo. Por lo
tubería se calcula con (6).
tanto, la potencia final de las bombas se calcula
aplicando (5).
No es necesario repetir el proceso de cálculo para
el Laboratorio de Hidráulica porque la altura de
bombeo es menor y, por lo tanto, el resultado de
la potencia de la bomba también será menor. Es
suficiente considerar dos bombas de 0.5 HP para
cada edificio.
35
Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática
Conclusiones
cos. Su efecto sobre las instalaciones sanitarias
actuales, produce una reducción del 31% del con-
este documento es una referencia a nivel nacion-
sumo de agua potable, que es suministrada por
al, de la metodología de cálculo aplicada sobre la
base de estudios internacionales, para la determi-
el sistema de uso de agua de lluvia para usos no
nación de la eficiencia hídrica en edificios no res-
potables (urinarios e inodoros). Esta reducción
idenciales. La certificación y el etiquetado sugeri-
en el consumo de agua potable se traduce en un
dos deben considerarse como una contribución
beneficio en la facturación y el gasto de agua del
al desarrollo de un sistema científico que permita
45,04% debido a la demanda de ambos edificios.
calificar los edificios y convertirlos en proyec-
tos sostenibles para el desarrollo de Ecuador. El
El volumen de agua que se recolecta a través de los
ejemplo de un cambio amistoso con el ambiente
techos y las áreas verdes que están al lado de los
debería comenzar en casa, especialmente en el
edificios de estudio, reduce considerablemente la
país que representa el centro de nuestro hermoso
posibilidad de inundaciones. El sistema de recol-
planeta.
ección de agua de lluvia considera un estanque
El presente trabajo de investigación sugiere una
artificial de 123.75 m3 y un reservorio de 15 m3
solución integral para mejorar la eficiencia hídri-
para almacenar temporalmente el agua de lluvia
ca del Edificio de Clases y el Laboratorio de Hi-
antes de conducirla a través de las redes hacia las
dráulica ubicado en la Facultad de Ingeniería,
instalaciones sanitarias de los edificios. Este siste-
mediante la evaluación de sus sistemas hidrosan-
ma alivia y reduce el trabajo de los sistemas de
itarios, la certificación y el etiquetado de su ren-
drenaje actuales que, debido a su edad, colapsan
dimiento hídrico. El Edificio de Clases obtiene
cuando las lluvias son de alta intensidad.
una categoría “A+” y el Laboratorio de Hidráulica,
una categoría equivalente a “C”, de acuerdo con
el sistema de certificación propuesto con respecto
a la dotación de agua establecida por el estándar
Reconocimiento
ecuatoriano para edificios universitarios. Es muy
satisfactorio poder llegar a estas categorías, te-
La elaboración de este artículo fue posible gra-
niendo en cuenta que los edificios evaluados son
cias a la Universidad Central del Ecuador, que
bastante antiguos.
permitió analizar el caso de estudio en las insta-
laciones de la Facultad de Ingeniería, Ciencias
Se concluye que, matemáticamente, la eficien-
cia hídrica de un edificio no residencial no solo
Físicas y Matemática.
está relacionada con el número de usuarios, sino
El desarrollo de este artículo fue posible gracias
también con la eficiencia de cada dispositivo san-
a la ANQIP - Associaçao Nacional para a Qual-
itario que se instala. Como fue posible verificar, el
idade nas Instalaçoes Prediais que con su met-
Laboratorio de Hidráulica tiene dispositivos san-
itarios antiguos y aunque solo hay 10 usuarios, su
odología de cálculo para la eficiencia hídrica de
eficiencia de agua en comparación con el Edifi-
edificios, hizo posible aplicar esta técnica al caso
cio de Clases es menor. En ambos casos, el uso
de estudio localizado en Ecuador. Al profesor Ar-
de recursos hídricos alternativos mejora sustan-
mando Silva y a Carla Rodrigues.
cialmente su rendimiento hídrico, lo que resulta
en la reducción del consumo de agua potable y la
Valenzuela, C. agradece a la Secretaría de Ed-
facturación asociada con el gasto de este recurso.
ucación Superior, Ciencia, Tecnología e Inno-
vación del Ecuador (Senescyt), por la concesión
Se verifica que la reducción del consumo de agua
de la beca de maestría a través del Contrato No.
potable se obtiene mediante el diseño de un siste-
ma de uso de agua de lluvia que se compone de
AR2Q-000482-2016, para realizar estos estudios
diferentes elementos hidráulicos y arquitectóni-
en el Instituto Politécnico de Leiria.
36
Revista INGENIO N.º 2 vol. 2 (2019)
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