Alma Chávez Mejía. Técnica académica del Instituto de Ingeniería de la UNAM.
Coautores: Marina Mautner, Fernando González Villarreal y Blanca Jiménez Cisneros.
El presente artículo tiene el objetivo de dar a conocer el uso de una herramienta informática automatizada que genera los parámetros de diseño e información auxiliar necesaria para la implementación de sistemas de captación de agua de lluvia acoplados a un sistema de potabilización. El uso de este sistema permitirá a los usuarios (tomadores de decisiones, ONG, sector público y privado, así como población en general) decidir, con parámetros propios del sitio, la conveniencia de adoptar estos sistemas como único método de abastecimiento, como un sistema complementario o en definitiva no optar por ellos.
El agua de lluvia es una alternativa para el suministro de agua potable a la población, especialmente en regiones donde el servicio de abastecimiento es bajo y donde se dificulta la implementación de métodos convencionales de distribución por la situación geográfica y la dispersión poblacional.
El Plan Nacional Hídrico vigente plantea incrementar la cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado en zonas urbanas y rurales privilegiando a la población vulnerable, además de promover el suministro de agua de calidad para uso y consumo humano mediante el aprovechamiento de nuevas fuentes de abastecimiento, incluyendo alternativas como la cosecha de lluvia. En este sentido, los sistemas de captación de agua de lluvia (Scall) son considerados como una fuente mejorada de abastecimiento de agua (OMS y UNICEF, 2000).
La instalación de los Scall en el ámbito nacional se ha llevado a cabo a través de diversas instituciones públicas (Conagua, IMTA, Sagarpa) y privadas, así como asociaciones civiles (Fondo para la Paz, Fundación Gonzalo Río Arronte, Ingenieros Sin Fronteras, Fundación Alstom). Los estados que han sido más beneficiados con estos sistemas son Aguascalientes, Baja California Sur, Campeche, Chihuahua, Ciudad de México, Coahuila, Durango, Estado de México, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, Michoacán, Morelos, Nuevo León, Oaxaca, Querétaro, San Luis Potosí, Sonora, Tamaulipas, Veracruz y Zacatecas.
El Plan Nacional Hídrico vigente plantea incrementar la cobertura de los servicios de agua potable y alcantarillado en zonas urbanas y rurales privilegiando a la población vulnerable, además de promover el suministro de agua de calidad para uso y consumo humano mediante el aprovechamiento de nuevas fuentes de abastecimiento, incluyendo alternativas como la cosecha de lluvia. En este sentido, los sistemas de captación de agua de lluvia (Scall) son considerados como una fuente mejorada de abastecimiento de agua.
Los Scall fueron instalados principalmente para uso agropecuario y consumo doméstico, y han sido aprobados para el uso industrial (Sámano et al., 2016). Sin embargo, un problema que enfrentan las instalaciones es la falta de guías y reglamentación para ejecutar los lineamientos de diseño, construcción, instalación, desempeño y operación. Esto hace imposible conocer el estado que guarda cada uno de los sistemas, así como las investigaciones más recientes y actuales sobre el tema, lo que limita conocer, por un lado, si se está haciendo uso responsable de los fondos públicos (y privados), y por otro, los fundamentos de diseño aplicables a las condiciones locales para garantizar su óptimo funcionamiento. Por ello se desarrolló una herramienta informática automatizada que genera los parámetros de diseño e información auxiliar necesaria para la implementación de Scall acoplados a un sistema de potabilización, a partir de la integración de variables geográficas, climatológicas y económicas propias del lugar para sustentar de forma técnico-científica la viabilidad de los sistemas de captación derivados del software Cálculo Óptimo de Parámetros para el Aprovechamiento de Lluvia en Aplicaciones Nacionales, o COPA LlenA Nacional.
Por qué en México
En una primera etapa, se determinó el potencial de aprovechamiento de agua de lluvia de México analizando parámetros indicadores como la población total por municipios sin acceso al agua entubada, el índice y grado de marginación, la cuenca hidrológica y la subcuenca a la que pertenece el municipio evaluado así como el intervalo de precipitación de acuerdo con los prontuarios de información geográfica municipal y la precipitación normal (de 1971 a 2000) en la región hidrológica administrativa.
De este análisis se desprendió que de los 2,457 municipios que hay en México y las 16 delegaciones de la capital del país, existen 207 municipios con una proporción mayor de 40% de habitantes sin agua entubada, con un grado marginación entre alto y muy alto. Estos municipios se sitúan en 16 entidades distintas (véase gráfica 1); los estados de Oaxaca, Guerrero, Veracruz y Chiapas, todos situados en el sureste del país en una zona considerada húmeda con precipitaciones promedio que superan los 2,000 mm por año (y con mayor potencial para la instalación de los Scall), concentran poco más de 72% del total, mientras que el promedio nacional es de 760 mm. Esto significa que, en principio, el agua que se precipita en los municipios de dichos estados podría ser aprovechada como un método alternativo de abastecimiento para así subsanar las deficiencias existentes en este servicio.
Modelo computacional
Existen softwares de diseño de Scall, por ejemplo Netuno en Brasil (UFSC, 2014), Water Harvester en EUA (Jones, 2008), PluGriSost en España (Gabarrell et al., 2010) y Tankulator en Australia (ATA, 2010); sin embargo, algunos de ellos tienen la desventaja de aceptar sólo datos climatológicos locales del país de origen, y otros requieren que el usuario provea sus propios datos climatológicos. Además, la mayoría de estos programas tienen como objetivo reducir los costos asociados al uso de agua de una red centralizada, y no crear un sistema de captación como fuente única o principal de abastecimiento, tal como se requiere para la problemática estudiada.
Aunque en México existe una metodología de cálculo oficial para obras de captación superficiales, ésta requiere que el usuario tenga conocimientos de ingeniería y obtenga los datos de precipitación pertinentes por sus propios medios, lo que limita su aplicación (Conagua, 2015) y muchas veces lleva al fracaso del sistema.
El software COPA LlenA Nacional contiene un algoritmo propio que toma en cuenta las particularidades del país; considera elementos de entrada como el número de habitantes de una vivienda (aspectos socioeconómicos), nivel de servicio deseado (consumo per cápita de agua al día), capacidad del tanque de almacenamiento (según recursos o espacio disponible), tipo de material del techo y área de captación (según recursos o espacio disponible), los cuales están sujetos a la probabilidad de ocurrencia de lluvia en el área geográfica donde se proyecte la instalación del Scall (véase figura 1). Con dichos parámetros, el sistema desarrolla una estimación confiable del área de captación y el volumen de almacenamiento requerido de acuerdo con dos criterios: a) personalizado (con limitantes en las variables utilizadas) o b) ideal para su localidad (sin ninguna restricción de las variables). De manera paralela, el sistema crea una simulación de la cantidad de agua disponible durante el año que permitirá visualizar el funcionamiento del Scall para decidir sobre su viabilidad y el costo de construcción (véase figura 2). Adicionalmente, el software cuenta con un dispositivo para seleccionar tres opciones de barreras múltiples para su potabilización y un manual del usuario para garantizar la operatividad del Scall.
La herramienta final fue diseñada usando el lenguaje R y su complemento Shiny Studio, que son de tipo fuente abierta (open source), lo que significa que no se requiere software propietario y son gratuitos. El motivo para elegir ese tipo de plataforma fue que se pudiera usar en cualquier computadora. Además, así se puede poner en línea para usar con contraseña o libremente, dependiendo de las decisiones del grupo de investigación. Al mismo tiempo se decidió incluir el análisis completo en la entrega final de datos para el proyecto; esto significa que todos los datos de precipitación para la República mexicana fueron procesados y los resultados están en un formato accesible para el uso en el programa. Finalmente, se hizo un algoritmo que calcula el uso diario para un sistema diseñado por el usuario.
En general, una de las causas de falla más importantes de los Scall es que hay una brecha entre la cantidad de agua que los usuarios piensan que van a recibir y la cantidad que en realidad reciben. Por esa razón, se incluyó una visualización de uso diario que muestra la cantidad por persona que deben usar para asegurar agua suficiente durante todo el año.
Conclusiones
La herramienta desarrollada permitirá a los usuarios (tomadores de decisiones, ONG, sector público y privado así como población en general) decidir, con parámetros propios del sitio, la conveniencia de adoptar estos sistemas como único método de abastecimiento, como un sistema complementario o en definitiva no optar por ellos.
El uso del software COPA LlenA Nacional influirá de forma directa la planeación de sistemas de potabilización y permitirá ampliar la cobertura de abastecimiento de agua potable en toda la República mexicana, con especial atención en las zonas de difícil acceso y bajos recursos. Los resultados del modelo desarrollado permitirán analizar el aprovechamiento del excedente de precipitación en los ámbitos agrícolas, forestales y recreativos para fomentar su utilización. Con la aplicación de este sistema es factible medir el impacto social nacional del aprovechamiento del agua de lluvia.
El desarrollo de un software amigable que pueda ser operado por personas sin conocimiento en ingeniería de diseño y que contenga los datos necesarios sin importar la región del país simplificará el diseño, reducirá el tiempo de cálculo y hará accesible el diseño de captación de acuerdo con las necesidades específicas del sitio.
Es de gran importancia contar con una herramienta de fácil acceso al usuario que permita el desarrollo de un prototipo tanto para la captación de agua de lluvia como para su potabilización, y que pueda ser implementado fácilmente en cualquier zona del país.
Agradecimientos
Este proyecto estuvo financiado por el fondo del Instituto de Ingeniería, UNAM: proyecto 6335, “Aseguramiento de la cantidad y calidad del agua almacenada en proyectos de captación de agua de lluvia en México”.
Referencias
Alternative Technology Association, ATA (2010). The Tankulator. The Victorian Government Sustainability Fund. Disponible en: http://tankulator.ata.org.au/questionnaire.php
Comisión Nacional del Agua, Conagua (2015). Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento (MAPAS). México.
Consejo Nacional de Población, Conapo (2011). Índice de marginación por entidad federativa y municipio 2010. México.
Gabarrell, X., T. Morales-Pinzón, J. Rieradevall, M. R. Rovira, G. Villalba, A. Josa y C. Martínez-Gasol (2010). PluGriSost: a model for design, economic cost and environmental analysis of rainwater harvesting in urban systems. Sostenipra. Disponible en: http://icta.uab.cat/ecotech/jornada/fitxers/plugrisost.pdf
Jones, Matthew (2008). Rainwater Harvester 1.5. North Carolina State University. Biological and Agricultural Engineering. Stormwater Engineering Group. Disponible en: http://www.bae.ncsu.edu/topic/waterharvesting/model.html
Organización Mundial de Salud, OMS, y Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia, UNICEF (2000). Evaluación global de los servicios de agua y saneamiento 2000. Programa Conjunto de Monitoreo para el Abastecimiento de Agua y Saneamiento.
Sámano-Romero, G, M. Mautner, A. Chavez-Mejía y B. Jiménez-Cisneros (2016). Assessing marginalized communities in Mexico for implementation of rainwater catchment systems. Water 8(4): 140.
Universidad Federal de Santa Catarina, UFSC (2014). Netuno. Laboratório de Eficiência Energética em Edificações. Florianópolis. Disponible en: http://www.labeee.ufsc.br/downloads/softwares/netuno
