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Consumo de agua en una urbanización de la periferia de Madrid II; Alternativa con aprovechamiento de agua de lluvia

29/09/2017

Consumo de agua en una urbanización de la periferia de Madrid II; Alternativa con aprovechamiento de agua de lluvia

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Autor: Carlos del Álamo Jiménez

Blog: carlos.del.alamo@gmail.com


Antecedentes

 
Se propone determinar las posibilidades reales de abastecimiento parcial con agua de lluvia para el consumo en una urbanización con 47 viviendas y 125 habitantes de la periferia de Madrid. Esta propuesta se suscita por la alarmante sequía que se está iniciando en España en 2017. El post se completa con un avance de los costes en los que se enmarcaría esta propuesta y su posible rentabilidad como inversión, en el bien entendido de que la rentabilidad medioambiental no necesita de mayor justificación.

 

Resumen datos de partida y solución propuesta

 
El resumen de los datos verificados en esta urbanización, es:
 
A)    Tipología de la urbanización
 
  • Esta urbanización se encuentra situada en la periferia de Madrid a 18 km de la capital.
  • La superficie total es de 6.500 m2, de los que 1.945 m2 (30%) se corresponde a edificios de vivienda, 1.800 m2 (28%) se corresponde a zonas verdes con riego y arbolado, 520 m2 (8%) a una pista de tenis, 180 m2 (3%) a una piscina, y el 32% restante, 2.055 m2, a viales y otros usos.
 
B)    Datos demográficos
 
  • No de viviendas: 47
  • Población: 125 habitantes
  • Densidad: 2,7 habitantes/vivienda; se trata de una densidad muy similar a la media nacional, y que el Instituto Nacional de Estadística identifica en 2016 como de 2,5 habitantes por vivienda
 
C)    Origen de los datos reales de consumo de agua disponibles
 
  • Lecturas de los contadores domésticos de todos los abonados durante 7,7 años consecutivos y hasta el momento actual.
  • Lectura del contador general de la comunidad durante 1,7 años y hasta el momento actual.
  • Lectura del contador que alimenta a la piscina durante el verano de 2017.
 
D)    Consumo doméstico
 
  • La dotación media anual en el consumo doméstico es 126 litros/habitante/día con la siguiente distribución mensual:
     
 
 
  • La línea a trazos indica que la distribución del consumo doméstico es casi constante durante el año, con un mínimo del 7% durante los meses de febrero, marzo, abril, octubre, noviembre y diciembre, y un máximo de un 9-12% durante los meses de junio, julio, agosto y septiembre. En resumen, el consumo en los meses de verano se eleva ligeramente sobre el consumo medio del año.
     
E)    Consumo de agua potable en riego y en las zonas comunes
 
  • La dotación media anual en el consumo destinado al riego por aspersores programados y al mantenimiento de las zonas comunes es de 68 litros/habitante/día con la siguiente distribución mensual:
 
  • La línea a trazos nos indica que la distribución del consumo durante el año para el mantenimiento de las zonas comunes y especialmente para el riego del jardín está muy afectado estacionalmente. El mínimo del 1-2% se produce durante los meses de enero, febrero y diciembre, y el máximo del 17% durante los meses de junio, julio y agosto. Se puede observar que la estacionalidad afecta de forma muy alta al consumo de agua por el riego del jardín.
 
  • Sobre el riego del jardín, dado el importante volumen de agua que se le destina, es conveniente precisar con más detalle cómo y cuando se produce. Se dispone de datos de 18 meses consecutivos, obteniendo los siguientes datos:

 
De forma gráfica los valores anteriores se representan como sigue:
 
 
 
 
F)    Consumo de agua potable en el mantenimiento de una piscina descubierta
 
  • La dotación media anual en el consumo destinado al mantenimiento de la piscina es de 4 litros/habitante/día con la siguiente distribución mensual:

 


 

  • La línea a trazos nos indica que la distribución del consumo para el mantenimiento de la piscina está muy afectado estacionalmente. El mínimo del 0% se produce durante todo el año menos en los meses de junio, julio, agosto y septiembre, donde se concentra la casi totalidad del consumo. Dado que el volumen total de la piscina se renueva cada 5 años, a los efectos del comportamiento medio anual se ha considerado que en los meses de abril, mayo y junio se renueve cada año un 25% del total de la piscina (10%, 10% y 5% en cada uno de estos meses).
  • Sobre el consumo de agua en la piscina, se han obtenido los siguientes datos relativos a un vaso de 180 m2, profundidad media de 1,40 m, y volumen total de 252 m3: la reposición de agua potable en los meses de verano es de 1.490 litros/día, o de 8,3 litros/m2/día, o de 5,9 litros/m3/día. Este volumen se añade a la piscina para compensar la evaporación, el chapoteo y la reposición por limpieza de fondos. La piscina dispone de un sistema de depuración programado que minimiza el consumo de agua y permite que se mantenga el volumen de agua durante el invierno aunque, como se ha indicado, se renueva totalmente cada 5 años.
 
G)    Consumo total de agua potable ?    La dotación media anual por todos los conceptos es de 198 litros/habitante/día correspondiendo al consumo doméstico 126 litros/habitante/día, el 64%, y al consumo comunitario 72 litros/habitante/día, el 36% restante. La distribución mensual es la siguiente:
 
 
 
  • Los valores concretos del estudio son:

 
H)    El resumen de la solución propuesta es:
 
  • Se propone el aprovechamiento de 2.350 m2 de los disponibles de cubiertas para la captación de agua de lluvia, a lo que se añadiría la construcción de un tanque de almacenamiento de 200 m3. Con esta instalación se podría abastecer el 25,0% de las necesidades de agua para riego, piscina y zonas comunes, con un valor de 820 m3/año. Este volumen representa el 9% del total de las necesidades de la urbanización, que es de 9.017 m3/año. En los siguientes apartados se justifican estos resultados. La factura del agua se reduce en 1.443 euros/año al precio del agua actual.

 

 

Propuesta de estudio
 

A partir de los datos conocidos se desea determinar la parte del consumo de agua que es susceptible de ser abastecida a partir de agua de lluvia. Para ello se conviene en lo siguiente:
 
  • El volumen de agua de lluvia se destinará exclusivamente para el riego del jardín y el mantenimiento de la piscina, con un consumo anual máximo de 3.282 m3 y una distribución mensual como sigue:
 
 
  • Los datos de lluvia son los facilitados oficialmente para la ciudad de Madrid, de los que se utilizarán los correspondientes a las precipitaciones medias mensuales, y al número de días promedio de lluvia para cada uno de los meses. Son estos:
 
 
 
  • La superficie de captación de agua de lluvia aprovechará la disponible en una pista deportiva con drenaje, de 520 m2, y con un límite máximo que incluye la correspondiente a las cubiertas de los edificios. El total disponible es por lo tanto de 2.465 m2.
  • El volumen de almacenamiento de agua de lluvia será proporcional a la superficie de captación, con la única condición de que en algún momento del año se llene hasta un máximo del 80% de su capacidad. Con esto se propone un 20% restante para aprovechar las posibilidades de años especialmente lluviosos.
  • El rendimiento útil de la superficie de captación disponible, o coeficiente de escorrentía, será del 80%. El 20% restante se pierde por rebote del agua de lluvia en la propia cubierta, por limpieza de ésta o de las instalaciones, etc.
  • El comportamiento del sistema se calcula particularizado para cada día del año a partir de los datos previstos para ese día, tanto de lluvia como de consumo.
 

Primera aproximación a la cantidad de agua de lluvia que se puede incluir en el sistema

 
Se realiza una primera evaluación sobre la cantidad de agua de lluvia que se recoge cada mes, por ejemplo en una superficie de 1.800 m2 coincidente con la del jardín, y la cantidad de agua que se emplea en el mantenimiento de ese jardín y de la piscina, observando lo siguiente:
 
 
La tabla anterior indica que el volumen anual de agua que se puede captar, en comparación con el volumen anual que se desea consumir, es del 24% en el mejor de los casos, es decir, suponiendo que se almacenara toda la lluvia captada. Como se indica la superficie captadora y la de riego son coincidentes.
 
De forma gráfica:
 
 
 
 
Se aprecia claramente que el déficit hídrico será particularmente grave entre los meses de mayo y octubre, y que el mayor almacenamiento de agua de lluvia deberá realizarse entre los meses de noviembre y abril y particularmente en diciembre, enero y febrero. Para aumentar el 24% de sustitución de agua de lluvia debe elevarse la línea azul de la gráfica, lo que se consigue aumentando la superficie de captación por encima de los 1.800 m2, y el volumen de almacenamiento que le corresponde.
 
 
 
 

Ámbito de la solución al problema

 
Se busca determinar la superficie de captación de la que se pueda disponer en esta urbanización. Dado que la urbanización ya está construida, se plantea este ejercicio como si se estuviera diseñando esta solución en el marco de la redacción del proyecto original, y por lo tanto antes del inicio de obras. De esta forma la superficie mínima que podría captar agua de lluvia será la coincidente con la de la pista de tenis (520 m2), que además dispone en la realidad de drenaje de agua de lluvia. La superficie máxima sería la suma de la anterior conjuntamente con la de cubiertas, que es de 1.945 m2, y que también dispone de drenaje de pluviales. En este caso el total disponible sería de 2.465 m2.
 
¿Cómo se comporta el sistema de recogida y almacenamiento de pluviales en este marco? Estos son los datos:
 
 
Como se aprecia, se puede aspirar a aportar entre 181 y 860 m3/año, lo que implica un ahorro de entre el 5,5% y el 26,2% del agua empleada en el riego. Para ello se necesita disponer de un tanque de almacenamiento que permita mantener el agua de lluvia de los meses en los que se capta hasta su disposición en los meses en los que se consume mayoritariamente. Este volumen es de 50 m3 para la superficie de captación de 520 m2, y de 215 m3 para la superficie de captación de 2.465 m2. Se considera que un 20% del tanque se deja vacío en el año de lluvia media para que pueda ser llenado en los años de lluvia superiores a la media.
 

¿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 riego durante todo el verano, a partir de la captada el resto del año. El sistema de cálculo empleado permite determinar los datos de diseño de este sistema:
 
 
 
 
Como se aprecia se trata de una superficie de captación de dos campos de futbol que precisa de un tanque de 1.730 m3. Por indicar una referencia, se trata del tanque de almacenamiento necesario para garantizar un día de abastecimiento en un pequeño pueblo 5.800 habitantes que consumiera por todos los conceptos unos 300 litros/habitante/día. Este diseño, aunque garantiza el objetivo propuesto, se encuentra muy lejos de las posibilidades reales de aprovechamiento de agua de lluvia en el ámbito planteado. Por lo tanto el estudio de detalle se realizará para una superficie de 2.350 m2, lo que se encuentra en el entorno de lo posible.
 

Comportamiento del sistema para una superficie de captación de 2.350 m2

 
Se presentan los datos sobre el prediseño de un sistema de captación de agua de lluvia de 2.350 m2, que para su gestión necesita de un depósito de almacenamiento de 200 m3, con lo que se puede disponer de 820 m3/año de agua de lluvia, lo que representa el 25% del consumo previsto en el riego de jardín y el mantenimiento de la piscina.
 
 
 
El análisis de los datos es el siguiente:
 
  • Superficie de captación: 2.350 m2, lo que es equivalente a un cuadrado de 48,5x48,5 m2, y similar a medio campo de fútbol.
  • Tanque de almacenamiento: 200 m3, lo que es equivalente a un prisma de 10 x 10 x 2 m3.
  • Comportamiento mensual del sistema: en la siguiente gráfica se presenta el comportamiento del sistema para cada mes del año. Como se aprecia el sistema es autónomo en los meses de enero, febrero, marzo y diciembre, necesitando el apoyo de aporte exterior para el resto del año. En la gráfica se indica que el aporte del agua de lluvia no supera el 50% de las necesidades entre los meses de mayo a octubre. No obstante las limitaciones indicadas se pueden ahorrar hasta 820 m3 de agua potable al año, lo que representa un 25% de las necesidades previstas en las zonas comunes de la urbanización, o el 9% de las necesidades totales.

 

 

Aproximación al coste de captación de agua de lluvia

 
Se parte de la base de que no se considerará, al menos por el momento, el aplicar soluciones técnicamente complejas para el abastecimiento con agua de lluvia. Y esto siempre que la sequía que avanza por España no se quede muchos meses más, lo que pondrá en riesgo el abastecimiento a una parte de la población.
 
Por lo tanto se aportan datos económicos que sirven de apoyo a la toma de decisiones en el marco de que el sistema, en conjunto con el resto del proyecto completo de la propia urbanización, se encuentra en su fase de diseño. En este contexto la pregunta que se plantea es:
 
  • ¿Cuánto podemos gastar en la captación de agua de lluvia y de tal manera que el agua asi 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. Por lo tanto el marco de reflexión es el propio de una obra en su fase de diseño. Los valores para evaluar la rentabilidad de la inversión, son:
 
  • Tasa de descuento: 3%.
  • Vida útil de la instalación: de 15, 20 o 25 años.
  • Superficie de captación adaptada a partir de las superficies disponibles: 2.350 m2.
  • Tanque de almacenamiento: 200 m3.
  • Coste de adaptación, una sola vez en la vida del proyecto, de la superficie de captación de agua de lluvia y de construcción de tanque de almacenamiento: 21.800 euros.
  • Coste de instalaciones, una sola vez en la vida del proyecto, de fontanería y equipamiento: 3.200 euros. . Coste total de la inversión, una sola vez en la vida del proyecto: 25.000 euros.
  • Coste de mantenimiento anual y otros gastos sobre el total de la inversión realizada: 1,5% para el primer año que se incrementa el 1% anual.
  • Ingresos: ahorro de agua de 820 m3/año a un coste de 1,76 Euros/m3, incrementando el precio del agua el 2,5% al año.
 
Con estos datos el comportamiento económico de la inversión para una vida útil de la instalación de entre 15 y 25 años, es:
 
 
 
VPN es el valor presente neto de una inversión, y TIR es la tasa interna de retorno de una inversión.
 
Más específicamente y para 25 años, los datos obtenidos son:
 
 
 
 
Esta tabla indica que si se invierten 25.000 Euros en un proyecto original para adecuarlo a la captación de agua de lluvia, esta inversión no es deficitaria en un entorno de 25 años.
 

Resumiendo ¿cuál es el ahorro de agua?

 
Respecto al agua para riego, es del 25% del consumo anual, o de 820 m3/año. Respecto al total de agua consumida en la urbanización, que es de 9.017 m3/año, los 820 m3/año representan el 9%. La factura del agua se reduce en 1.443 euros/año al precio del agua actual.
 

¿Y si varían los datos de partida, como por ejemplo la cantidad de lluvia?

 
Una vez diseñado y construido el sistema, y dado que los datos de partida son estadísticos y por lo tanto variables, la obra construida se comportará como sigue en el siguiente marco de actuación. Se prevén distintos escenarios con lluvia entre el 70% de lo previsto y el 130%. Para el mismo tanque ya construido, y la misma superficie de captación, esta es la cantidad de lluvia aprovechable:
 
 
 
 
 

Riego por energía solar

 
En el siguiente artículo se planteará la posibilidad de que la instalación de riego a partir del agua de lluvia captada se realice por medio de energía solar fotovoltaica. Con ello no se aumentarían los costes energéticos en el caso de que el tanque de almacenamiento no se haya podido construir en cota elevada. Igualmente se planteará la posibilidad de que la depuradora de agua de la piscina funcione también con energía solar durante todo el año, con lo que produciría un ahorro añadido.
 
 
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