Diseño de un Sistema de Captación de Agua Proveniente de la Ducha

DISEÑO DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA PROVENIENTE DE LA DUCHA

ANGIE NATALY HERNÁNDEZ MOLINA DANIEL FRANCISCO PINZÓN MUCHAVISOY

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL PROYECTO DE GRADO

2

ANGIE NATALY HERNÁNDEZ MOLINA 20122085029 DANIEL FRANCISCO PINZÓN MUCHAVISOY 20122085015

Trabajo de grado para obtener el título de Tecnólogo en Saneamiento Ambiental

ASESOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO

INGENIERO CIVIL. MSc.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGÍA EN SANEAMIENTO AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C.

3

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a amigos y familiares que hicieron posible la culminación de este proyecto,

apoyándonos en todo, estando presentes en la realización de esta meta, con sus palabras

motivadoras, conocimientos y consejos.

Mostramos nuestros más sinceros agradecimientos a nuestro director de proyecto el Ingeniero

Jorge Alberto Valero Fandiño, quien con su comprensión, conocimiento y paciencia, fue una

pieza clave para que se pudiera desarrollar una clave de hechos que fueron imprescindibles para

cada etapa de desarrollo del trabajo.

4

T

ABLA DE CONTENIDO

Agradecimientos ... 3

RESUMEN ... 7

1. Introducción ... 8

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 9

3. Justificación ... 10

4. Objetivos ... 11

4.1. Objetivo general ... 11

4.2. Objetivos específicos ... 11

5. Marcos de referencia ... 12

5.1. Generalidades ... 12

5.2. Oferta y disponibilidad de agua en Colombia ... 13

5.3.DEMANDA DE AGUA EN COLOMBIA ... 15

5.4. Consumo básico en Colombia ... 17

5.5. Medidas de ahorro adoptadas a nivel nacional ... 18

5.6. Consumo de agua en Bogotá ... 19

5.7. TECNOLOGÍAS DE AHORRO DE AGUA EN LA DUCHA CREADAS A NIVEL INTERNACIONAL ... 24

5.8. TECNOLOGÍAS DE AHORRO DE AGUA EN LA DUCHA CREADAS A NIVEL NACIONAL ... 25

5.9. MARCO LEGAL ... 28

6. METODOLOGÍA ... 29

7. PRESUPUESTO ... 36

7.1. PRESUPUESTO ... 36

8. Análisis de resultados ... 37

8.1. ANÁLISIS DE LOS CONSUMOS DE AGUA EN EL DUCHA EN LA VIVIENDA DE DANIEL PINZÓN ... 37

8.2.ANÁLISIS DE LOS CONSUMOS DE AGUA EN EL DUCHA EN LA VIVIENDA DE NATALY HERNÁNDEZ ... 39

8.3.DATOS FINALES (PROTOTIPO APROVECHAMIENTO) ... 42

9. CONCLUSIONES ... 45

5

INDICE

DE

TABLAS

Tabla 1. Cartera de datos finales ... 31

Tabla 2. Presupuesto ... 36

Tabla 3. Medidas de tendencia de datos de la vivienda de Daniel pinzón. ... 37

Tabla 4. Medidas de tendencia central de NATALY HERNANDEZ. ... 40

Tabla 5. Medidas de tendencia de los datos finales tomados en campo ... 43

INDICE

DE

FIGURAS

Figura 2. DEMANDA HIDRICA TOTAL ... 16

Figura 3. consumo de agua de ducha y baños en Bogotá ... 23

Figura 4. Funcionamiento de orbsys ... 24

Figura 5. DISEÑO DE GRIS. ... 26

Figura 6. Estructura del reciclador automático para la ducha ... 27

Figura 7. Diagrama de metodología del proceso ... 29

Figura 8.Esquema general del sistema de captación de agua. ... 33

INDICE

DE

GRÁFICAS

Gráfica 2. Consumo promedio mensual de agua de conjuntos residenciales para el año 2014 ... 20

Gráfica 3. Consumo promedio mensual de agua residencial para el año 2015 ... 20

Gráfica 4. Consumo promedio mensual de agua para conjuntos residenciales para el año 2015 ... 21

Gráfica 5.Consumo promedio mensual de agua residencial para el año 2016. ... 21

Gráfica 6. Consumo promedio mensual de agua para conjuntos residenciales del año 2016 ... 22

Gráfica 7. Comportamiento del consumo de duchas ... 38

Gráfica 8. Comportamiento de la duración de duchas. ... 38

Gráfica 9. Dispersión de dato de tiempo con respecto al volumen... 39

Gráfica 10.Comportamiento del volumen de duchas ... 41

Gráfica 11. Comportamiento del tiempo de duchado ... 41

Gráfica 12. Dispersión de datos de tiempo con respecto al volumen ... 42

6

ÍNDICE DE APÉNDICES

Apéndice 1. Cartera de datos preliminares ... ¡Error! Marcador no definido.

Apéndice 2. Cartera de datos finales con el prototipo ... ¡Error! Marcador no definido.

Apéndice 3. Diseño de captación de agua ... 57

ÍNDICE DE ANEXOS

7

RESUMEN

El presente proyecto propone un diseño e implementación de un sistema de captación de agua proveniente de la ducha en el hogar, el cual logró determinar el volumen consumido y aprovechable de dicha agua. Esta investigación se desarrolló en dos residencias familiares en la ciudad de Bogotá, las cuales cuentan con un núcleo familiar de tres personas cada una, donde se desarrolló una metodología, que inició desde la recopilación bibliográfica de modelos de diseño de otros prototipos que se tuvieron como referencia para la construcción del sistema, la elaboración e implementación del mismo en la vivienda No.2 y su respectivo análisis de resultados que permitieron integrar todas las variables obtenidas.

Se obtuvieron en promedio 180 datos de cada vivienda, registrando los valores iniciales (antes del baño) y los valores finales (después del baño), marcados por el micro medidor, además de tomar el tiempo de duración con la ayuda de un cronómetro y así, posteriormente, traspasar esta cantidad de agua captada por el prototipo a un recipiente volumétrico por medio de una bomba manual, para lograr la medición del volumen total consumido, arrojando como resultado, que el sistema de bombeo no es el más efectivo ya que no se lograba vaciar la totalidad del líquido en el prototipo de captación. Cabe resaltar que en el sistema de captación se instaló en la vivienda No. 2, se pudo concluir que su beneficio es más ecológico que económico al calcular los costos y ahorros bimensuales y anuales, tomados de la cuenta de cobro por consumo residencial básico de los servicios de agua potable y alcantarillado por parte de la empresa de Acueducto de Bogotá.

Palabras clave: Aprovechamiento, Diseño, Volumen, Ducha y Captación.

ABSTRACT

The present project proposes a design and implementation of a water collection system from the shower in the home, which was able to determine the volume consumed and usable. This research was developed in two family residences in the city of Bogota, which have a family nucleus of three people each, where a development, starting from the bibliographical compilation of design models of other prototypes Which were used as reference for the construction of the system, the elaboration and implementation of the system in housing No.2 and its respective analysis of results that allowed to integrate all the variables obtained.

An average of 180 data were obtained from each dwelling, recording the initial values (before bathing) and final values (after bathing), marked by the micro meter, besides taking the duration time with the help of a stopwatch and thus, Then transfer this amount of water captured by the prototype to a volumetric vessel by means of a hand pump, to achieve the measurement of the total volume consumed. As a result, that the pumping system is not the most effective since, it was not possible to completely empty the liquid in the prototype of capture. It should be noted that the collection system was installed in housing No. 2, where it was concluded that its benefit is more ecological than economic, when calculating the costs and savings, bimonthly and annual, taken from the collection account for the basic residential consumption of potable water and sewerage services by the company of Acueducto de Bogotá.

8

1.

INTRODUCCIÓN

El agua ha sido, es y seguirá siendo uno de los recursos naturales renovables más importantes

para el desarrollo y supervivencia de la humanidad. Su conservación dependerá del manejo que

se le dé a la misma. (Ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2012). Es en este aspecto,

precisamente, es donde se está cometiendo un grave error, ya que la mala gestión, pésima

distribución de los recursos hídricos y el crecimiento poblacional, hace que el consumo de agua

aumente, viéndose sobre explotada. Además, el suministro de agua que se dispone mundialmente

se está reduciendo a raíz de una constante contaminación, falta de ahorro y reutilización de la

misma.

Cabe anotar que hacen falta herramientas y mecanismos de persuasión para el eficiente ahorro y

uso del agua en la población y, por tanto, es necesario empezar a desarrollar sistemas o

dispositivos que permitan preservar el agua desde casa.

El presente proyecto propone una alternativa de ahorro y reutilización por medio del diseño de un

sistema de captación de agua de la ducha, donde se describen todas las etapas realizadas para la

construcción del prototipo, el cual brindará beneficios no solo económicos sino también

ambientales, teniendo en cuenta la estandarización del sistema de captación, para que cualquier

9

2.

PLANTEAMIENTO

DEL

PROBLEMA

La disponibilidad de agua cada vez es menor debido a la desproporción que existe entre la

cantidad de agua que se obtiene de forma natural y la explotación de este recurso. En algunas

áreas se están consumiendo recursos de agua subterránea con más rapidez de la que se repone, lo

que tiene un impacto drástico en el medio ambiente. (Umbría, 2009). También, la falta de

sensibilización por parte de las personas e industrias con respecto al tema de racionar y reutilizar

el agua.

Por esta razón, nace la necesidad de dar a conocer una alternativa de ahorro a las personas de una

manera sencilla, empezando en un lugar tan cotidiano como lo es el hogar, en especial la ducha,

donde se ha evidenciado un consumo alto de agua. Por tanto, se desarrolló un prototipo el cual

10

3.

JUSTIFICACIÓN

Debido a la escasez de agua, la sociedad está tomando conciencia de la importancia de reutilizar

el agua que se consume. El gasto doméstico diario por persona es de 129 litros y la mitad

provienen de la ducha y la cisterna. (Cristian Espinal, David Ocampo & Juan Rojas, 2014). A

parte de limitar ese gasto, se puede optar por sistemas de reciclado para mejorar el consumo. Se

podrían ahorrar una cantidad considerable de litros de agua al año por familia, donde se podrá

hacer útil para otros usos como: lavar el jardín, vaciar el inodoro, en definitiva, para aquellos usos

no potables.

Por lo anterior, se pretendió plantear un prototipo de un sistema de captación y bombeo del agua

de la ducha, de manera que sea práctico e innovador con la ventaja de captar y aprovechar la

mayor cantidad de agua posible y así, darle un uso eficiente.

11

4.

OBJETIVOS

4.1.

 Diseñar un sistema de captación de agua proveniente de la ducha.

4.2.

 Realizar la revisión bibliográfica de los diferentes métodos que existen para realizar la captación del agua proveniente de la ducha.

 Realizar el diseño del sistema de aprovechamiento del agua proveniente de la ducha.

12

5.

MARCOS DE REFERENCIA

FIGURA 1.DESCRIPCIÓN DE MARCO REFERENCIAL. AUTORES

5.1.

Marco Contextual

Marco Legal o Jurídico

Marco Tecnológico

Marco

Referencial

Marco Social



Antecedentes



Demanda de agua

en Colombia



Oferta de agua en

Colombia.

Medidas de ahorro de

agua a nivel nacional y a

nivel Bogotá.

Tecnologías ahorradoras

de agua en la ducha a

nivel internacional y

nacional.

Leyes, decretos y

resoluciones acerca del

13

El agua es una sustancia de vital importancia para la vida con demasiadas propiedades a causa de

su composición y estructura y el hombre tiene la necesidad de agua para realizar sus funciones

vitales, para preparar alimentos, para la higiene, como también para: usos domésticos, regar los

campos, la industria, las centrales de energía etc. en una palabra, para vivir.

Colombia se ubica entre los países con mayor riqueza en recursos hídricos en el mundo. Sin

embargo, cuando se considera en detalle que la población y las actividades socioeconómicas se

ubican en regiones con baja oferta hídrica, ya que existen necesidades hídricas insatisfechas por

parte de los ecosistemas y cada vez es mayor el número de impactos de origen antrópico sobre el

agua, se concluye que la disponibilidad del recurso es cada vez menor. (IDEAM-SIAC, 2001).

El consumo de agua por persona en los países desarrollados puede alcanzar los 400 litros diarios

frente los 25 que se consumen en las zonas del África subsahariana o los 80 litros que recomienda

la OMS para las necesidades vitales de higiene personal. Sin embargo, basado en lo anterior,

optar por un valor de consumo per cápita basándose en la concentración del agua residual,

producida puede aumentar o disminuir según la característica del agua residual. (UNAM, 2012)

La problemática del recurso hídrico no solo es debida al elevado consumo de agua en los

procesos industriales, sino al impacto ambiental generado por sus efluentes y el desperdicio en el

agua de uso doméstico por parte de las personas.

5.2.

C

5.2.1. OFERTA SUPERFICIAL

El IDEAM ha realizado varias estimaciones en diferentes estudios, de los cuales anotan que la

14

oferta neta en la cual se incorporan reducciones tanto por alteración de la calidad como por

regulación natural, se alcanzan apenas los 1260 km3 que corresponden a una disponibilidad de

34000 metros cúbicos por persona al año. En las condiciones de año seco consideradas, esta

disponibilidad se reduce a 26700 metros cúbicos por persona al año. (Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010).

La demanda de Colombia se ve representada en 737.000 cuerpos de agua (ríos, quebradas, caños

y lagunas) aproximadamente, una gran cantidad que cubre el territorio nacional. Además que en

cuanto a lluvias caen en promedio al año 3.245 Km3 anuales, de la cual el 62% equivale a un

volumen de 2012 km3 que se convierte en escorrentía superficial (1.764 mm de agua que discurre

por el suelo), generando un caudal medio de 63.789 m3 /segundo, que drena por las cinco

grandes regiones hidrológicas del territorio. (Ojeda, 2000)

5.2.2. OFERTA SUBTERRANEA

En la Oferta hídrica potencial de agua subterránea es 5.848.Km3 distribuida en 16 provincias

hidrogeológicas que alojan 61 sistemas acuíferos:

 52 % de los acuíferos se encuentran en la región Magdalena –Cauca.

 25 % de los acuíferos se encuentran en la región del Caribe.

 15% de los acuíferos se encuentran en la región del Pacífico.

 4% de los acuíferos se encuentran en la región de la Amazonia.

 4% de los acuíferos se encuentran en la región de la Orinoquia.

Como se puede ver en Colombia existe una gran abundancia del recurso hídrico, pero la oferta

15

zonas del país una gran cantidad mientras que en otras es muy escasa; esto ocasiona un desnivel

de distribución, donde se ve reflejado la importancia que deben tener algunas zonas del país

acerca del buen uso del agua y del raciocinio de la misma. (Ojeda, 2000).

5.3. DEMANDA

DE

AGUA

EN

COLOMBIA

La demanda hídrica total, de acuerdo con el Decreto 2930 de 20101, corresponde a la suma del

volumen de agua utilizada para los diferentes usos: doméstico, servicios, preservación de fauna y

flora, agrícola, pecuario, recreativo, Industrial, energía, minería e hidrocarburos, pesca,

maricultura y acuicultura, navegación, transporte y caudal de retorno. Lo que nos deja ver que la

oferta de agua superficial es casi 100 veces mayor que la demanda. Además, se estima que el

beneficio que representa el recurso hídrico para el desarrollo del país equivale al 9.99 % de PIB,

sin mencionar que la agricultura es el de mayor demanda seguido de la industria y finalmente

todo lo referente a consumo humano. (Ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2012)

De acuerdo con la figura 2, los cálculos realizados por el IDEAM de las ciudades con mayor

demanda de agua doméstica indican que son: Bogotá, Cali, Medellín, Barranquilla y Cartagena,

siendo estas las ciudades donde se concentra el mayor número de población urbana. Respecto a la

demanda para uso agrícola, está concentrada principalmente en los departamentos de Tolima,

Boyacá, Cauca, Cundinamarca, Huila, La Guajira, Nariño, Norte de Santander, Santander y Valle

del Cauca, los cuales se destacan por su alta producción agrícola. La mayor demanda de agua por

el sector industrial se concentra en Bogotá, Medellín, Barranquilla y Cali, ya que en estas

ciudades se encuentran ubicados los principales centros industriales del país. (IDEAM, Estudio

Nacional del Agua, 2014)

1 _{se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9ª de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III-}

16

FIGURA 2. DEMANDA HIDRICA TOTAL.(IDEAM,ESTUDIO NACIONAL DEL AGUA,2014)

El problema es que esa oferta hídrica es heterogénea, pues la mayor parte del recurso se

encuentra en donde casi no hay gente, es decir, en la Orinoquia, Chocó y Amazonía. Y en la zona

Andina, en donde existe mayor índice de población hay tan solo un 15 % de la oferta total. Por

eso se habla de una escasez de agua, razón por la cual como una estrategia para enfrentar la

amenaza de falta de este recurso en el futuro, los hogares y empresas del país deben tomar

conciencia sobre la urgente necesidad de aplicar el modelo de la huella hídrica en todos los

sectores económicos, concepto que fue tratado hace poco por el estudio realizado por el IDEAM

en conjunto con 25 entidades ambientales y gubernamentales, asociaciones, federaciones,

empresas del sector productivo y universidades de Colombia. (IDEAM, Estudio Nacional del

17

5.4.

C

Según el estudio realizado por ( Chacón, Lizcano & Lara, 2012), se presenta una estimación del

rango de consumo básico de agua potable en Colombia a partir de los consumos en varios

municipios, principalmente capitales de departamento, registrados por las empresas prestadoras al

Sistema Único de Información (SUI) de la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios

(SSPD).

TABLA 1.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL POR ESTRATO AÑO 2010. (CHACÓN,LIZCANO &LARA,2012).

En la tabla 1 se muestra el consumo básico promedio nacional por estrato. Los consumos básicos

para los estratos objeto de subsidio, van de 13,75 m3 en el estrato 1 a 15,39 m3 en el estrato 3

con una diferencia de 1,64 m3 entre estos estratos.

Se presentan diferencias apreciables en el consumo de acuerdo con el clima. El consumo básico

de los municipios cálidos presenta una diferencia superior entre 3 y 4 m3 con respecto a los

municipios de clima frío y entre 1 y 2 m3 con respecto a municipios de clima templado, ya que lo

más probable es que por cuestiones de temperatura las personas suban el consumo. ( Chacón,

18

El consumo promedio por estrato del estrato 4 puede ser un buen estimativo del consumo básico,

en la medida en que su consumo no se ve afectado por los subsidios o las contribuciones.

5.5.

En el año 2016 se presentó escases del recurso a nivel nacional por la temporada seca, lo que

género que el gobierno optará por promover medidas de ahorro de energía y agua para uso

racional y eficiente por parte de los consumidores. Por ello el Ministerio de Vivienda, Ciudad y

Territorio, y la Comisión de Regulación de Agua Potable, CRA, anunciaron que aquellos

colombianos que derrochen agua tendrán que pagar tarifas más altas, por medio de la Resolución

692 de 20142, y con todo lo recaudado por personas que sobrepasen los límites se destinarán a la

protección, reforestación y conservación de las cuencas hidrográficas abastecedoras de

acueductos municipales y a campañas que incentiven el uso eficiente y ahorro del agua.

Colombia ha tomado medidas de ahorro para enfrentar y mitigar el impacto del cambio climático

sobre el acceso al recurso hídrico para el abastecimiento del agua potable a la población y los

recientes sucesos que ha presenciado el país con el fenómeno del niño, evidenciaron la

importancia del uso racional y eficiente del agua. Aunque se ha observado que el promedio del

consumo básico de agua potable ha disminuido en el país, es importante dar las señales

regulatorias adecuadas que minimicen consumos superiores a los requeridos por una familia para

atender sus necesidades básicas. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial,

2010).

El aporte más significativo para la gestión del agua que se deriva del contenido del Código

Na-cional de los Recursos Naturales, que se centra básicamente en el manejo de las cuencas

2 _{Expedida por la Comisión de Regulación de Agua Potable y Saneamiento Básico (CRA), la cual adopta}

19

hidrográficas como áreas de manejo especial y fortalecer las políticas y programas que se venían

desarrollando en el país y para ello se establecieron las bases para los planes de ordenación de

cuencas hidrográficas, precisando los criterios para su implementación desde los alcances de la

finalidad, llegando a desarrollar los elementos del contenido y las definiciones para su ejecución

y administración.

5.6.

B

GRÁFICA 1.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA RESIDENCIAL PARA EL AÑO 2014. (ACUEDUCTO ,2016)

Como se puede observar en la gráfica, el mayor consumo de agua promedio mensual residencial

en m3 para el año 2014 son los estratos 1 y 6, y los de menor consumo son los estratos 3 y 4,

20

GRÁFICA 2.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA DE CONJUNTOS RESIDENCIALES PARA EL AÑO 2014. (ACUEDUCTO ,2016)

Como se puede observar el estrato 6 predomina en cuanto a consumo de agua con un promedio

de 30.01 m3 mensuales.

GRÁFICA 3.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA RESIDENCIAL PARA EL AÑO 2015.(ACUEDUCTO ,2016)

Para el año 2015 se puede evidenciar que el estrato de mayor consumo es el estrato 6 con

21

GRÁFICA 4.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA PARA CONJUNTOS RESIDENCIALES PARA EL AÑO 2015. (ACUEDUCTO ,2016)

Se puede observar que el mayor consumo en cuanto a conjunto residencial son los estratos 5 y 6.

GRÁFICA 5.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA RESIDENC IAL PARA EL AÑO 2016. (ACUEDUCTO ,2016)

Para el año 2016 se puede evidenciar que el estrato de mayor consumo es el estrato 6 con un

22

GRÁFICA 6.CONSUMO PROMEDIO MENSUAL DE AGUA PARA CONJUNTOS RESIDENCIAL ES DEL AÑO 2016. (ACUEDUCTO ,2016)

Se puede observar que el mayor consumo en cuanto a conjuntos residenciales es el estrato 6 con

un valor en m3 es de 27.36.

Como se puede observar en estas gráficas de consumo de hace 3 años en Bogotá en cuanto a lo

residencial, se puede concluir que los años 2014 y 2015 presentan un consumo cercano, aunque el

año 2015 presenta una reducción 0.45m3. En cuanto al año 2016 se redujo el consumo

considerablemente con un valor promedio de 1.25 y 0.8 m3 en los años 2014 -2015

respectivamente.

En cuanto a multiusuario o conjuntos residenciales a nivel Bogotá, se ha venido presentando una

disminución del consumo en el estrato 5 y 6 que podría haber sido por la crisis de escasez de agua

presentada a comienzos del año 2016. Sin embargo, el estrato 6 no se ha reducido

significativamente, esto se debe a que estos conjuntos residenciales necesitan mayor demanda de

agua ya que la mayoría presentan zonas de riego de jardines y lavado de carros, en comparación a

los otros estratos. (Acueducto , 2016)

23

Como se puede observar en la figura 3, el consumo promedio de una familia en Bogotá es de

10,76 m3 /mes y el consumo por habitante es de 76,32 litros por día. En estratos 1,2 y 3 se gasta

más agua en lavamanos y lavaplatos, mientras que en los estratos 4, 5 y 6, existe un mayor

consumo en baños y duchas. (EL TIEMPO, 2012)

FIGURA 3. CONSUMO DE AGUA DE DUCHA Y BAÑOS EN BOGOTÁ. (ELTIEMPO,2012)

5.6.2. ¿QUÉ HACE BOGOTÁ PARA REDUCIR EL CONSUMO?

La alcaldía Mayor de Bogotá, centra los planes para la disminución en el consumo de agua en

campañas de sensibilización y cultura ciudadana. Los cuales buscan la disminución del consumo

de agua potable y por ende la disminución de agua residual. Estas campañas buscan reducir 40

litros de agua al día por ciudadano que cambie su forma de consumir el recurso. (Ministro de

24

5.7.

TECNOLOGÍAS

DE

AHORRO

DE

AGUA

EN

LA

DUCHA

CREADAS

A

NIVEL

INTERNACIONAL

5.7.1. DUCHA ORBSYS

Mehrdad Mahdjoubi, diseñador industrial, creó este sistema financiado por la NASA y

actualmente utilizado en sus expediciones al espacio. Recordemos que en el espacio, los

astronautas lavan y beben de la misma fuente la cual se recicla constantemente.

5.7.2. ¿CÓMO FUNCIONA ORBSYS?

El sistema es extremadamente eficiente y sencillo: consta de un circuito cerrado en el que el agua

caliente del grifo que va al desagüe, se purifica al instante convirtiéndose en agua potable, este

agua se vuelve a bombear para que vuelva a salir por el cabezal de la ducha, manteniendo el calor

durante todo el proceso. (Lindh., 2015).

Una ducha de 10 minutos suele gastar solo en agua unos 150 litros, con OrbSys esa cifra se

reduciría a 5 litros. En total, se calcula un ahorro medio de unos 1351 dólares anuales por

persona. Este cálculo está realizado para Suecia, variará dependiendo del país, la frecuencia y

tiempo de ducha al que estemos acostumbrados cada uno. (Lindh., 2015).

25

La ducha tiene una presión de agua superior a la normal y un flujo estable; a diferencia de las

duchas convencionales, funciona independientemente de otros aparatos. El sistema es higiénico,

el agua es reutilizada siempre con el mismo usuario. Cuando acaba la ducha, el agua usada se va

por el sumidero y se vuelve a poner en marcha el sistema con agua nueva. Además elimina más

del 99,9 % de los contaminantes. (Lindh., 2015).

5.8.

TECNOLOGÍAS

DE

AHORRO

DE

AGUA

EN

LA

DUCHA

CREADAS

A

NIVEL

NACIONAL

5.8.1. GRIS (MEET GRIS)

Gris es un sistema de aguas grises de baja tecnología para países del tercer mundo que puede

recoger toda el agua que usa durante una ducha. Puede utilizar esta agua gris recogida para

limpiar el inodoro, limpiar la casa y para ciertas actividades de lavado. De esta manera se puede

ahorrar al menos 72 litros de agua / persona / día en un hogar promedio que significa por lo

menos 1,5 mil millones de litros de agua ahorrada por día en un país con 50 millones de

habitantes como Colombia.

Por esta razón se ha fomentado la idea de ahorrar el agua como un estilo de vida. Se trata de

generar consciencia ante esta desigualdad de abastecimiento del agua, la cual está distribuida

irregularmente ya que es desperdiciada, contaminada o gestionada de forma insostenible. Entre

las alternativas más promovidas se encuentra el reutilizar el agua usada para la cocina, el baño y

la lavadora. Si bien es una práctica que requiere rigurosidad y constancia, la realidad es que en

26

Como una medida de prevención y contención de esta crisis acuífera, el joven Alberto Vásquez

diseño Gris, el dispositivo con la capacidad de reutilizar el 90 % del agua de una ducha. A través

de cuatro células modulares interconectadas y desmontables, se almacenan diez litros de agua.

FIGURA 5.DISEÑO DE GRIS.

Con este invento, el agua recolectada puede emplearse en el inodoro o en otras actividades

domésticas como la limpieza. Es un sistema simple, económico y fácil de adoptar, donde se

podrá mejorar la vida de muchas personas que también requieren de este recurso natural tan vital.

(igenDesign , 2014).

5.8.2. RECICLADOR AUTOMÁTICO DE AGUA DE LA DUCHA PARA EL SANITARIO

El ahorrador automático de agua para la ducha permite un ahorro efectivo de 80 a 100 litros

diarios de agua, abasteciendo el sanitario con el agua residual de la ducha. El sistema cumple dos

funciones esenciales como son la reutilización de agua para realizar las descargas del sanitario

evitando el gasto innecesario de agua potable dando como resultado un notable ahorro en el

27

El sistema reciclador de agua de la ducha para el sanitario consiste en un contenedor con

capacidad para 80 litros, una bomba sumergible que está ubicada dentro del contenedor, un

flotador electrónico y una plaqueta metálica que fija la bomba al fondo del contenedor en la parte

externa cuenta con un sistema electrónico que controla el funcionamiento total del sistema, un

flotador que va dentro del tanque de la cisterna. (ecoGuardian, 2014).

La instalación del sistema no requiere cambios a nivel estructural en el baño, simplemente la

adecuación de las conexiones eléctricas e hídricas para el funcionamiento óptimo del reciclador y

su capacidad del contenedor permite que el tanque de la cisterna siempre este lleno para realizar

las descargas del inodoro, y después de cada descarga el sistema alimente automáticamente al

sanitario. (ecoGuardian, 2014).

28

5.9.

MARCO

LEGAL

 LEY 142 DE 1994 “Establece el Régimen de los Servicios Públicos Domiciliarios y se dictan otras disposiciones. Esta Ley se aplica a los servicios públicos domiciliarios de acueducto, alcantarillado, aseo, energía eléctrica, distribución de gas combustible, telefonía [fija] pública básica conmutada y la telefonía local móvil en el sector rural; a las actividades que realicen las personas prestadoras de servicios públicos”

 LEY 286 DE 1996. (Por el cual se modifican parcialmente las Leyes 142 y 143 de 1994). Las empresas de servicios públicos deberán alcanzar progresivamente los límites establecidos en las Leyes 142 y 143 de 1994 y la Ley 223 de 1995 en materia de factores de contribución, tarifas y subsidios en el plazo y con la celeridad que establezca antes del 30 de noviembre de 1996 la respectiva Comisión de Regulación.

 LEY 373 DE 1997.(Por la cual se establece el Programa para el uso eficiente y ahorro

 del agua. Programa para el uso eficiente y ahorro del agua). Todo plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del recurso hídrico.

 DECRETO 2811 DE 1974. Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente.

 DECRETO 1541 DE 1978 (Por el cual se reglamenta la Parte III del Libro II del Decreto-Ley 2811 de 1974: "De las aguas no marítimas" y parcialmente la Ley 23 de 1973. Trata del dominio de las aguas, cauces y riberas, y normas que rigen su aprovechamiento sujeto a prioridades, reglamentación de las aguas, ocupación de los cauces y la declaración de reservas de agotamiento, conservación de las aguas y sus cauces, en orden a asegurar la preservación cualitativa del recurso y a proteger los demás recursos que dependan de ella.

 DECRETO NUMERO 4742 DE 2005. "Por el cual se modifica el artículo 12 del Decreto 155 de 2004 mediante el cual se reglamenta el artículo 43 de la Ley 99 de 1993 sobre tasas por utilización de aguas"

LA RESOLUCIÓN 147 DE 1987.Establece el rango de consumo básico entre 0 y 40 m3 bimestrales, el consumo complementario entre 40 y 80 m3 y el suntuario como el superior a 80 m3.

29

6.

METODOLOGÍA

30

La realización de este proyecto se basa en un enfoque cualitativo y cuantitativo lo cual permite la

interpretación de datos, tablas y gráficas acerca de la recolección, consumo y ahorro de agua en la

ducha de una vivienda.

6.1. Técnicas e instrumentación

 Carteras de datos realizadas por los autores

 Cronómetro

 Micro medidor de agua potable

 Dispositivo de captación

 Bomba de extracción de agua

 Medios tecnológicos (software)

 Espacio de muestreo (baño)

Durante la ejecución del trabajo de grado se siguieron las siguientes etapas:

 Fase 1 (Búsqueda de referencias): Esta fase consta de una investigación autónoma donde se consultaron los instrumentos a nivel nacional usados para la recolección de agua

de la ducha.

 Fase 2 (Definición del prototipo): Basándose en las tecnologías planteadas en Colombia y los objetivos del proyecto se definió y estructuró el dispositivo.

 Fase 3 (Evaluación del sistema): Al culminar con la elaboración del sistema de captación, se realizaron pruebas experimentales donde se pudo medir y observar los

volúmenes que se pueden captar mediante el sistema.

31

los resultados, de manera que se pudieran conocer las ventajas y desventajas que presenta

el prototipo.

A. CAPTURA DE INFORMACIÓN

Los datos de tiempo y consumo de duchado fueron registrados en la cartera mostrada a continuación.

TABLA 1.CARTERA DE DATOS FINALES

B. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO Y CONSUMO DE AGUA EN LA DUCHA

La metodología de captura de información fue:

i) Antes de que la persona se duchara se anotó en la cartera el registro actual del micro

medidor.

ii) La persona que ingresaba a ducharse, daba inicio al cronómetro que se encontraba al

lado de la ducha.

iii) Al culminar la ducha la persona detenía el conteo del cronometro y registraba en la

cartera la duración del duchado y la lectura del micro medidor.

C. ELABORACIÓN E INSTALACIÓN DEL PROTOTIPO

i) Se identificó la madera con menor capacidad de retención de humedad para la

realización del prototipo de captación de agua.

1 22 de abril 4.317 4.324 2:55:00 8.5

2 22 de abril 4.324 4.329 2:53:00 7

3 22 de abril 4.329 4.333 2:36:00 5.3

4 23 de abril 4.333 4.343 5:56:00 13.5

5 23 de abril 4.343 4.355 5:58:00 14.7

6 23 de abril 4.355 4.361 3:01:00 6.1

VOLUMÉN (L) # DE DATOS FECHA LECTURA INICIAL (m3) LECTURA FINAL

32

ii) Teniendo en cuenta las medidas promedio existentes a nivel local se estandarizó el

prototipo de manera que el sistema pueda ser instalado en cualquier tipo de vivienda.

iii) Se realizó la modelación del prototipo de captación de agua en el software de diseño

AutoCAD 2014, permitiendo visualizar cada una de las partes y medidas de las que

consta el sistema. Además, identificando la cantidad de madera que requiere para su

elaboración.

iv) Se ensamblaron cada una de las partes que fueron previamente diseñadas, para formar

el sistema de captación y, se realizaron 77 orificios de una pulgada de diámetro en la

tapa superior del dispositivo, los cuales permiten el ingreso del agua.

v) Antes de ser ensamblado el prototipo se procede a impermeabilizarlo para evitar

filtración, deterioro y hongos que se puedan presentar en la madera. Todo esto se

realiza con inmunizante base para madera y posteriormente al secado de este se le

aplica el barniz para darle brillo.

vi) Para extraer el volumen de agua captado en el recipiente se diseña una bomba de

succión que extraer el agua que se concentra en el dispositivo y de esta manera

transvasarlo a un recipiente de medidas conocidas para determinar el volumen de agua

34 ILUSTRACIÓN 1.PROTOTIPO INSTALADO JUNTO CON EL MEDIDOR. AUTORES

D. DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN CAPTADO POR EL SISTEMA DISEÑADO

Una vez construido el dispositivo se procedió a tomar nuevamente las lecturas citadas en el

literal B para establecer el volumen de agua captada.

E. BOMBA DE SUCCIÓN

Se construyó una bomba a pistón, ya que al momento de tirar el émbolo se crea una baja

presión (“succión”) en el cilindro, causando que la presión atmosférica exterior impulse el

agua hasta la superficie, en este caso en dirección horizontal para que el agua saliente sea

depositada en un recipiente volumétrico.

Todo el sistema de bombeo está diseñado para que sea sencillo para el bañista, de manera que

pueda accionarlo manualmente y el vaciado del agua que queda contenida en el dispositivo

35 ILUSTRACIÓN 2.BOMBA DE SUCCIÓN. AUTORES

F. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los datos previamente obtenidos fueron analizados mediante estadística. ÉMBOLO

DESCARGA

36

7.

PRESUPUESTO

7.1.

PRESUPUESTO

El costo total del proyecto fue de $ 326.000 (trescientos veintiséis mil pesos). (Ver Tabla 2).

COSTOS DIRECTOS

Descripción Unidad Cantidad Valor Unitario (%) Valor Total ($)

Madera 1 1 95000 95000

Caja de Tornillos de madera 1/2 Pulgada 1 1 2000 2000

Pegante para madera 1 1 7500 7500

Lija 1 2 1000 2000

Inmunizante para madera 1/4 1 1 6000 6000

Barnis para madera 1/4 1 1 6500 6500

Broca para madera 1/2 Pulgada 1 1 7000 7000

Bomba 1 1 50000 50000

Mano de obra 1 2 100000 100000

Imprevisto 1 1 50000 50000

Total: 326000

Cabe aclarar que en los costos de la bomba se encuentran incluidos los materiales para su debida

construcción, como lo son: tubos PVC, uniones, pegamento de PVC, palo de madera, tornillos,

entre otros).

37

8.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez recopilada la información se procedió a analizarla independientemente de manera que se

pudieran percibir claramente los comportamientos de los datos obtenidos. Observar Tabla 3 Y 4.

8.1.

ANÁLISIS

DE

LOS

CONSUMOS

DE

AGUA

EN

LA

DUCHA

DE

LA

VIVIENDA

DE

DANIEL

PINZÓN

Es importante anotar que en esta Vivienda (Ver Tabla 3), el volumen de consumo promedio es de

23,2 Litros con una desviación estándar de 8,53. Adicionalmente, el valor mínimo fue de 8 Litros

y el máximo de 44 Litro, por tanto, se puede apreciar que los datos de volumen en la vivienda son

altos.

Por otro lado, el coeficiente de asimetría en los consumos de la vivienda de Daniel Pinzón de

0.39 lo que indica que los datos tienden a ser simétricos. Con respecto a la curtosis el valor es de

-0.6, lo que indica que los valores no tienen punta alta ni punta baja. (Ver Gráfica 7).

38

GRÁFICA 7.COMPORTAMIENTO DEL CONSUMO DE DUCHAS.AUTORES

En la gráfica 8 se observa la distribución de los tiempos de duchado, el cual según la tabla 3,

tiene una duración promedio de 4.29 min.

39

Con respecto a la gráfica No. 9, se aprecia que existe una clara relación entre volumen consumido

y tiempo de duchado. La mejor relación encontrada fue lineal con coeficiente correlación lineal

de 0.91, lo cual indica que a medida que aumenta el tiempo de duchado los volúmenes de agua

consumida van a ser mayores. Finalmente la ecuación para convertir la duración del tiempo de

duchado en volumen consumido es la presentada a continuación, en donde Y es el volumen

consumido en litros y X es el tiempo de duchado en minutos:

Y=5,2129*X+0,8515

GRÁFICA 9.DISPERSIÓN DE DATO DE TIEMPO CON RESPECTO AL VOLUMEN. AUTOR

8.2.

ANÁLISIS

DE

LOS

CONSUMOS

DE

AGUA

EN

LA

DUCHA

DE

LA

VIVIENDA

DE

NATALY

HERNÁNDEZ

Se puede observar en la tabla 4 que los tiempos de duchado en esta vivienda son menores con

40

de 7,57 Litros con una desviación estándar de 3.96 Litros. Adicionalmente el valor mínimo se

encuentra en 2 Litros y el valor máximo se encuentra en 25 Litros.

TABLA 4.MEDIDAS DE TENDENCIA CENTRAL DE NATALY HERNANDEZ.AUTORES

Medidas de tendencia Volumen (L) tiempo (min)

Media 7,57303371 3,379213483

Error típico 0,42063951 0,170792539

Mediana 7 3,016666667

Moda 5 2

Desviación estándar 3,96830523 1,611253592

Varianza de la muestra 15,7474464 2,596138137

Curtosis 3,49559398 1,146889131

Coeficiente de asimetría 1,64036791 1,20524916

Rango 23 7,85

Mínimo 2 1,183333333

Máximo 25 9,033333333

Suma 674 300,75

Cuenta 89 89

Coef de variación 0,5240047 0,476813199

VIVIENDA 2

Se puede afirmar entonces, que el tiempo promedio de duchado de esta vivienda se encuentra en

3,3 minutos, con respecto a la Vivienda de Daniel Francisco Pinzón que tiene un tiempo de 4,29

minutos, la diferencia es menor casi de un minuto, los tiempos de duchado mínimos y máximos

en la vivienda de Angie Nataly Hernández están entre 1,1 y 9 minutos respectivamente.

Por otro lado, los coeficientes de asimetría del volumen consumido y del tiempo de duchado son

1.6 y 1.2 respectivamente lo que significa que hay una tendencia a la derecha, lo cual indica que

abundan los datos pequeños, confirmando así, que en la vivienda prevalecen las duchas de bajo

consumo y corto tiempo. Ver figuras 10 y 11.

La curtosis del volumen consumido es de 3.49 indicando que la función es leptocurtica, es decir,

41

centralización de las variables en torno a la media, situación que se puede apreciar en las Gráficas

10 y 11.

GRÁFICA 10.COMPORTAMIENTO DEL VOLUMEN DE DUCHAS. AUTORES

GRÁFICA 11.COMPORTAMIENTO DEL TIEMPO DE DUCHADO. AUTORES

En la gráfica 12 se puede apreciar que en esta vivienda los volúmenes consumidos en el duchado

y el tiempo de duchado son más dispersos con un coeficiente de correlación es de 0.286 valor

distante de 1, lo que confirma su dispersión, la cual establece que no se puede encontrar una

42

aunque no se puede encontrar una relación a medida que los tiempos de duchado aumentan los

volúmenes consumidos igualmente aumentan.

GRÁFICA 12.DISPERSIÓN DE DATOS DE TIEMPO CON RESPECTO AL VOLUMEN.AUTORES

8.3.

IMPLEMENTACIÓN

DEL

PROTOTIPO

Finalmente, se procedió a ensayar el sistema en la vivienda de Nataly Hernández, para realizar su

respectivo análisis, vivienda en la cual se procedió a instalar el mecanismo de captación de agua

de la ducha en el hogar, y se procedió a llevar a cabo el registro de la lectura inicial y final del

micro medidor (Ver apéndice No. 2).

Los datos revelan que con el sistema de captación se aprovecha en promedio un 86,47% del agua

utilizada al momento de ducharse, con un ahorro promedio de 6,5 Litros, desperdiciando en

43

TABLA 5.MEDIDAS DE TENDENCIA DE LOS DATOS FINALES TOMADOS EN CAMPO.AUTORES

Media 86,471

Error típico 1,650

Mediana 89,063

Moda 87,500

Desviación estándar 11,898

Varianza de la muestra 141,557

Curtosis 4,185

Coeficiente de asimetría -1,963

Rango 55,327

Mínimo 44,118

Máximo 99,444

Suma 4496,485

Cuenta 52,000

Medidas de tendencia

Con los datos anteriores se procedió a realizar los cálculos de los costos y ahorros, bimensuales y

anuales tomando los valores de la cuenta de cobro por el consumo residencial básico de los

servicios de agua potable y alcantarillado por parte del acueducto de Bogotá de la vivienda de

Nataly Hernández. (Ver anexo No. 1).

45

9.

CONCLUSIONES

 Se logró construir el sistema de captación de agua de la ducha satisfactoriamente.

 Al llevar a cabo la investigación de las tecnologías creadas, se pudo notar que el sistema

diseñado tiene menor capacidad, en cuanto a la captación de agua proveniente de la

ducha, con respecto a los ya existentes, sin embargo, su nivel de aprovechamiento de agua

se encuentran en un rango cercano, ya que oscilan entre los valores del 100%, 90% y para

nuestro prototipo del 86,47% de aprovechamiento del líquido.

 El prototipo de sistema de captación es funcional en el aspecto de recolección de agua,

pero, existe una deficiencia en cuanto a la extracción total del líquido debido a que la

bomba no extrae el 100% del volumen capturado.

 Existe una estrecha relación entre el tiempo de duchado y el volumen consumido: a mayor

tiempo de la ducha, mayor es el consumo de agua.

 El sistema demostró ser un excelente captador de agua, generando así, un mejor

aprovechamiento de la misma, pero en cuanto al ahorro económico se demostró que no

genera un impacto significativo; entendiéndose así, que es un alternativa más ecológica

que económico.

 Se recomienda realizar mejoras técnicas en cuanto al sistema de bombeo y la selección de

46

B

IBLIOGRAFÍA

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49

50

APÉNDICE 1.CONSUMO DE AGUA DURANTE EL DUCHADO (DATOS PRELIMINARES)

N° De

Datos Fecha

Lectura inicial (m³)

Lectura final (m³)

51

52

53

54

55

APÉNDICE 2.CONSUMO DE AGUA DURANTE EL DUCHADO Y VOLUMEN DE AGUA CAPTADA POR EL DISPOSITIVO EN LA VIVIENDA DE NATALY HERNÁNDEZ

FECHA DURACIÓN (m) LECTURA INICIAL (m3) LECTURA FINAL (m3) Volumen Consumido (L) 21/03/2017

3:15,74 3.649 3.658 9 6:47,96 3.664 3.677 13 22/03/2017 2:55,43 3.677 3.686 9

23/03/2017

2:04,74 3.71 3.72 10

4:13,96 3.72 3.728 8

24/03/2017 4:19,85 3.733 3.741 8

25/03/2017

2:43,18 3.752 3.757 5 3:22,74 3.757 3.764 7 6:15,41 3.764 3.776 12

26/03/2017

3:56,74 3.784 3.793 9 3:10,60 3.793 3.799 6

27/03/2017

3:36,41 3.814 3.821 7 6:34,07 3.826 3.838 12

28/03/2017

3:52,74 3.838 3.847 9 3:07,54 3.851 3.856 5

29/03/2017

3:50,10 3.856 3.863 7 6:43,18 3.863 3.88 17

2:57,96 3.88 3.885 5

30/03/2017

2:30,07 3.885 3.89 5

14:03,18 3.896 3.913 17 31/03/2017 2:21,41 3.913 3.92 7 01/04/2017 2:15,41 3.932 3.937 5

02/04/2017

2:35,40 3.949 3.955 6 3:42,96 3.955 3.962 7 3:23,74 3.962 3.967 5

03/04/2017

3:28,29 3.971 3.978 7 8:49,29 3.978 3.994 16 04/04/2017 6:10,63 4 4.016 16 05/04/2017 2:46,29 4.022 4.028 6 06/04/2017 3:12,29 4.046 4.053 7

07/04/2017

5:03,30 4.066 4.075 9 12:20,10 4.075 4.092 17

08/04/2017

56

9:35,85 4.137 4.155 18 11/04/2017 3:07,63 4.155 4.163 8

12/04/2017

7:25,79 4.167 4.182 15

3:09,28 4.182 4.19 8

13/04/2017

3:06,41 4.19 4.198 8

5:49,74 4.198 4.211 13 14/04/2017 3:18,19 4.214 4.221 7

15/04/2017

4:56,63 4.221 4.229 8 4:06,62 4.229 4.237 8 16/04/2017 3:98,29 4.237 4.244 7

17/04/2017

4:09,07 4.25 4.26 10

7:23,85 4.26 4.278 18 10:06,96 4.278 4.298 20

18/04/2017

4:50,18 4.302 4.31 8

58

59

60