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PROPUESTA DE UN SISTEMA DE APROVECHAMIENTO DE AGUA LLUVIA, COMO
ALTERNATIVA PARA EL AHORRO DE AGUA POTABLE, EN LA INSTITUCIÓN
EDUCATIVA MARÍA AUXILIADORA DE CALDAS, ANTIOQUIA
NATALIA PALACIO CASTAÑEDA
Ingeniera Sanitaria
Trabajo de Monografía para optar al título de
Especialista en Manejo y Gestión del Agua
Asesor
Darío Naranjo Fernández
Ingeniero Químico
M.Sc. Ingeniería Ambiental
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
ESCUELA AMBIENTAL
ESPECIALIZACIÓN EN MANEJO Y GESTIÓN DEL AGUA
MEDELLÍN
2010

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CONTENIDO
RESUMEN......................................................................................................................... 5
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................... 6
2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 15
2.1. Objetivo General................................................................................................ 15
2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................ 15
3. INTRODUCCIÓN...................................................................................................... 16
4. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................ 18
5. MARCO TEÓRICO................................................................................................... 22
5.1. DEFINICIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA................................... 22
5.1.1. Captación....................................................................................................... 23
5.1.2. Recolección y Conducción............................................................................. 24
5.1.3. Interceptor...................................................................................................... 24
5.1.4. Almacenamiento ............................................................................................ 26
5.5.1. Red de Distribución de Agua Lluvia y Sistema de Bombeo............................ 26
5.6. INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA ................................................................... 27
5.7. MODELO DE CÁLCULOS................................................................................. 27
5.7.1. Demanda de agua en el mes “i” (Di)............................................................... 27
5.7.2. Oferta de agua en el mes “i” (Ai) .................................................................... 28
5.7.3. Demanda acumulada (Dai) ............................................................................ 29
5.7.4. Oferta acumulada (Aai) .................................................................................. 29
5.7.5. Volumen de almacenamiento (Vi) .................................................................. 29
5.7.6. Interceptor de primeras aguas........................................................................ 30
5.7.7. Potencial de ahorro de agua potable.............................................................. 30
5.7.8. Red de distribución de agua lluvia.................................................................. 30
5.7.9. Sistema de bombeo ....................................................................................... 31
5.7.9.1. Cálculo de la tubería de succión................................................................. 32
5.7.9.2. Chequeo de la tubería de impulsión ........................................................... 32
5.7.9.3. Cálculo de la altura dinámica total .............................................................. 33
5.7.9.3.1. Altura dinámica total en la succión.......................................................... 33
5.7.9.3.1.1. Pérdidas totales en la succión ............................................................. 33
5.7.9.3.1.2. Pérdidas por fricción en la succión ...................................................... 33
5.7.9.3.2. Altura dinámica total en la impulsión....................................................... 34
5.7.9.3.2.1. Pérdidas totales en la impulsión .......................................................... 34
5.7.9.3.2.2. Pérdidas por fricción en la impulsión ................................................... 34
5.7.10. Características de la bomba ....................................................................... 37
5.7.10.1. Potencia del motor de la bomba.............................................................. 38
5.7.10.2. Verificación de la cavitación en el sistema .............................................. 38
5.7.10.3. Golpe de Ariete....................................................................................... 39
6. METODOLOGÍA....................................................................................................... 40
6.1. Componentes del Sistema................................................................................. 40
6.1.1. Captación....................................................................................................... 40
6.1.2. Recolección y Conducción............................................................................. 41
6.1.3. Interceptor de Primeras Aguas....................................................................... 41
6.1.4. Almacenamiento ............................................................................................ 41
6.1.5. Red de Distribución y Sistema de Bombeo .................................................... 41
6.2. INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA ................................................................... 42
6.3. MODELO DE CÁLCULOS................................................................................. 42
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................................... 44

3
7.1. Precipitación promedio mensual (Ppi) ............................................................... 44
7.2. Volumen de almacenamiento de agua lluvia...................................................... 46
7.3. Potencial de Ahorro de Agua Potable................................................................ 48
7.4. Interceptor de las primeras aguas...................................................................... 49
7.5. Red de distribución............................................................................................ 49
7.6. Sistema de bombeo........................................................................................... 49
7.7. Cantidades de obra y presupuesto .................................................................... 50
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 54
9. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................... 55
ANEXOS ......................................................................................................................... 58
LISTA DE TABLAS Y FIGURAS
TABLA 1 Caudales instantáneos y diámetros para cada aparato sanitario 30
TABLA 2
Longitud equivalente en perdidas localizadas (en metros de tubería
rectilínea) 34
TABLA 3
Valores de consumo y costo de agua potable, de seis meses, en la
Institución Educativa María Auxiliadora
42
TABLA 4 Fenómenos de El Niño y La Niña entre 1998 y 2008 42
TABLA 5
Valores de precipitación promedio mensual en litros por metro
cuadrado para los 10 años analizados 43
TABLA 6
Resultados de precipitación promedio mensual, demanda y oferta
mensual, demanda y oferta acumulada, volúmenes de almacenamiento
y potencial de ahorro de agua potable
44
TABLA 7 Dimensionamiento de las redes de distribución 47
TABLA 8 Dimensionamiento del sistema de bombeo 48
TABLA 9
Cantidades de obra y presupuesto para el sistema de aprovechamiento
de aguas lluvias 48
TABLA 10 Costo de agua potable para cubrir la demanda faltante 50
CUADRO 1 Índice de escasez por municipios. 10
FIGURA 1 Distribución del agua en el planeta 6
FIGURA 2 Presión de la calidad del agua por vertimientos municipales. 8
FIGURA 3
Índice de Presión como indicativo de la relación demanda/oferta, para
condiciones hidrológicas de año medio
9
FIGURA 4 Ubicación del Municipio de Caldas, Antioquia 11
FIGURA 5 Sistema típico de captación de agua lluvia en techos 22
FIGURA 6 Áreas de captación para tres tipos diferentes de techos 22
FIGURA 7 Tipos de canaletas para recolección de agua lluvia 23
FIGURA 8 Tanque interceptor de primeras aguas 24
FIGURA 9 Válvula flotador para Tanque Interceptor 24
FIGURA 10 Tanque de almacenamiento semienterrado en ferro-cemento 25

4
FIGURA 11 Sistema de bombeo 41
FIGURA 12 Precipitación promedio mensual durante 10 años (sin evaporación) 43
FIGURA 13 Volúmenes de almacenamiento de agua lluvia, por mes 45
FIGURA 14 Potencial de ahorro de agua potable, por mes 46

5
RESUMEN
El aprovechamiento del agua lluvia para diferentes usos, es una práctica interesante,
tanto ambiental como económicamente, si se tiene en cuenta la gran demanda del
recurso sobre las cuencas hidrográficas, el alto grado de contaminación de las fuentes
superficiales y los elevados costos por el consumo de agua potable en una institución
educativa.
Éste proyecto presenta la ingeniería conceptual de una propuesta de diseño de un
sistema de aprovechamiento de agua lluvia, como alternativa para el ahorro de agua
potable en usos tales como la descarga de sanitarios, el lavado de zonas comunes, entre
otros. Además se presenta un análisis de la viabilidad técnica y económica de dicho
aprovechamiento, en una institución educativa del municipio de Caldas, Antioquia.
Se desarrollan en éste documento tres aspectos principales: (i) cálculo de los volúmenes
disponibles de agua lluvia en la zona estudiada, (ii) evaluación del volumen de agua
potable ahorrado con el aprovechamiento del agua lluvia y (iii) estimación del presupuesto
para la construcción del sistema y la proyección del ahorro generado al utilizar la solución
propuesta.
Los resultados sugieren que el aprovechamiento de agua lluvia es una opción
técnicamente viable, pero requiere de una inversión inicial que puede ser alta sino se
tienen los suficientes recursos que la financien, por lo que puede representar una solución
interesante para contribuir a la gestión y el desarrollo sostenible de la Institución
Educativa, siempre y cuando haya apoyo externo a la misma para desarrollar éste tipo de
proyectos.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El agua del mundo existe de manera natural bajo distintas formas y en distintos lugares:
en el aire, en la superficie, bajo el suelo y en los océanos, pero sólo el 2.5% del agua total
es agua dulce, aunque de éste valor no todo está disponible, pues únicamente el 0.4% del
agua dulce está en condiciones aptas para ser utilizadas por los seres vivos (Figura 1).
Éste pequeño valor, equivalente a 35‟029.210Km3
de agua (IDEAM [21]) se ve claramente
afectado por diversos factores que ponen en riesgo la sostenibilidad del recurso para
garantizar el abastecimiento de las poblaciones, en donde la combinación de factores
naturales y la acción del ser humano origina presiones sobre el mismo. Adicionalmente, el
cambio climático y la variabilidad natural en la distribución y la presencia del agua, son las
fuerzas naturales que complican dicho desarrollo sostenible. Algunas de los principales
factores que afectan al recurso hídrico son (Naciones Unidas [25]):
 El crecimiento de la población, en especial en regiones con escasez de agua.
 Grandes cambios demográficos a medida que la población se desplaza de entornos
rurales a urbanos.
 Mayores demandas de seguridad alimentaria y de bienestar socioeconómico.
 Mayor competencia entre usuarios y usos.
 Contaminación de origen industrial, municipal y agrícola.
El desequilibrio existente entre el volumen de agua dulce disponible y la demanda de la
misma no sólo ha llevado a escasez de agua sino también a otros serios problemas como
por ejemplo las enfermedades asociadas con la calidad del recurso. De tres (3) a cuatro
(4) millones de personas mueren cada año a causa de enfermedades ocasionadas por la
falta de agua potable; cada ocho segundos muere un niño por alguna enfermedad
relacionada con el agua no apta para el consumo debido a las malas condiciones de
saneamiento e higiene; además la disminución de las reservas de aguas subterráneas, su
contaminación y el deterioro general de los recursos hídricos han llevado a la disminución
de la diversidad de especies acuáticas y a un aumento en el número de especies en
grave peligro de extinción alrededor del mundo. Más allá del impacto del crecimiento de la
población, la demanda de agua dulce ha estado aumentando en respuesta al desarrollo
industrial, la dependencia creciente en la agricultura de regadío, la urbanización masiva y
la tendencia a tener niveles de vida más altos (Hernández [18]).

7
Figura 1. Distribución del agua en el planeta
Fuente: Shiklomanov y Rodda, 2003. UNESCO. The United Nations World Water Development
Report
A pesar de que Colombia es un país rico en recursos naturales (agua, suelo, fauna y
flora), ocupando el puesto 24 entre 203 países (IDEAM [20]), y que aún no se ha
catalogado con graves problemas ambientales por las Agencias Internacionales, sí se ven
presionados, a un ritmo más frecuente, los recursos naturales, debido al aumento de las
actividades antropogénicas que ponen en peligro la sostenibilidad de los ecosistemas. Y
dichas actividades se ven acentuadas por el deseo de crecimiento que existe en los
países en desarrollo.
Con respecto al recurso hídrico como tal, la presión existente sobre él se enfoca
principalmente en la demanda actual y la calidad del mismo, factores que aumentan con
el crecimiento poblacional, impidiendo que haya un alta disponibilidad del agua en las
fuentes de extracción (superficiales, en la mayoría de los casos) y lo que genera conflictos
entre las mismas poblaciones por el recurso. Estos conflictos se ven acentuados
especialmente entre las zonas rurales y las grandes ciudades, ya que de acuerdo con los
informes presentados por el Conpes Social 91 [12], hasta 2003, sólo el 66% del sector

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rural (comparado con el 97.4% en las zonas urbanas) contaba con abastecimiento de
agua potable, lo cual traslada el conflicto hacia las cabeceras municipales, donde la
presión sobre el recurso aumenta, debido a la alta demanda sobre las fuentes locales y/o
vecinas. (IDEAM [21])
Otra problemática existente con respecto al recurso hídrico es su inadecuado uso. En la
actualidad aún se cree que el agua es un recurso renovable, pero ésta es una mala
interpretación del ciclo hidrológico, pues aunque el agua se encuentra en la Tierra en la
misma cantidad (cambiando continuamente de estados), se excluye de ésta teoría la
calidad del recurso. Es por eso que aún se cree que el agua está auto-recuperándose
continuamente mediante el ciclo hidrológico. Este concepto errado (si se tiene presente
que el ritmo de contaminación de las fuentes es mucho mayor al tiempo de renovación de
los cuerpos de agua) crea en la gente falsas ilusiones, lo que conlleva en gran parte a que
haya despilfarros y usos inadecuados del recurso hídrico. Otro factor importante que
interviene con la calidad del agua, es la limitación en los posibles usos, lo que disminuye
en gran proporción la disponibilidad de agua. Dicha calidad se ve afectada básicamente
por el vertimiento de las aguas residuales sin tratamiento previo hacia las fuentes
cercanas, especialmente en la cordillera central, donde están ubicadas la mayoría de las
fuentes y en donde están asentadas gran cantidad de ciudades, aunque en materia de
normatividad se ha ido avanzando poco a poco para disminuir estas prácticas. La Figura 2
ilustra la presión existente sobre el recurso, debido a los vertimientos de aguas residuales
sobre las fuentes, las cuales, en su mayoría pertenecen a las cuencas grandes de
Magdalena y Cauca, principalmente.

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Figura 2. Presión de la calidad del agua por vertimientos municipales.
Fuente: Estudio Nacional del Agua. IDEAM, 2000
Para entender mejor la problemática asociada con la disponibilidad del recurso hídrico,
internacionalmente se han desarrollado varios índices que muestran dicho factor, entre
ellos se encuentra el Índice de Escasez, el cual se define como la relación existente entre
la oferta hídrica disponible y las condiciones de demanda predominantes. El IDEAM ajustó
este índice ampliándolo cien mil veces, y lo denominó el Índice de Presión. La Figura 3

10
muestra la presión de la demanda sobre la oferta, para un año medio, sobre cada una de
las cuencas de Colombia.
Figura 3. Índice de Presión como indicativo de la relación demanda/oferta, para
condiciones hidrológicas de año medio.

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De acuerdo con la Figura 3, la alta presión por demanda del recurso se encuentra en la
zona Andina con énfasis en la parte alta y media de la cuenca Magdalena-Cauca.
A nivel regional, en Antioquia, los municipios de Itagüí, Sabaneta, Envigado y Medellín,
son los únicos que presentan valores alarmantes de escasez de agua (moderado, medio y
alto respectivamente), según los valores presentados por el IDEAM en el Estudio Nacional
del Agua en 2008, como se detalla en el Cuadro 1.
De igual manera se puede observar que los demás municipios como Caldas, cuentan con
un índice de escasez bajo, en el que la demanda no es tan alta respecto a la oferta hídrica
del lugar.
Cuadro 1. Índice de escasez por municipios.
De acuerdo con los análisis que se han realizado en materia de disponibilidad de agua, y
según los índices mencionados anteriormente, el IDEAM asegura que si se continua con
el actual ritmo de explotación de las cuencas y de contaminación de las fuentes de
suministro, para el año 2015, en condiciones hidrológicas secas, el 60% de la población
colombiana podría estar en riesgo de desabastecimiento de agua potable, y se podría
alcanzar el 66% para año 2025 (IDEAM [20]). Es por estas razones que se deben
promover las prácticas de reciclaje, reutilización y aprovechamiento de aguas, como
técnicas alternativas de abastecimiento.
En la actualidad se está produciendo una gran expansión en el aprovechamiento del
agua, tanto en el ámbito doméstico como en el comunitario. El reciclaje y la reutilización
del agua, son fenómenos bastante extendidos en las áreas con escasez de agua, pero es
precisamente esa limitación regional lo que impide que se desarrollen más alternativas de
aprovechamiento. Es decir, se ha tendido a dar solución a las poblaciones con alto nivel
de escasez de agua, pues “sólo cuando no existe red de agua potable, el suministro es
deficiente o el agua tiene un costo muy alto, se piensa en buscar sistemas alternativos de
abastecimiento” (Ballén, Galarza y Ortiz [4]), pero no se han difundido dichas prácticas en
las regiones donde, aunque haya buena disponibilidad, también se puede reducir la
presión sobre las cuencas, y dar un mejor uso al recurso, en materia de ahorro y uso
eficiente del mismo.

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Es por esto que para lograr reducir un poco la problemática asociada con la presión
existente sobre las cuencas hidrográficas, y dar un uso eficiente al recurso hídrico, se
plantea la posibilidad de desarrollar un sistema para aprovechar las aguas lluvias, como
una alternativa de ahorro de agua potable en lugares de alto consumo de ésta, como lo es
por ejemplo, una institución educativa.
En Colombia, gracias a la alta disponibilidad de agua (57.000 m3
por habitante al año,
según estimativos del IDEAM), el aprovechamiento de las aguas lluvias no es una práctica
habitual y son muy específicas las regiones en las cuales hay un almacenamiento de ésta
para los usos domésticos. A nivel industrial existen pocas empresas que hacen un
aprovechamiento del agua lluvia, como por ejemplo Almacenes Alkosto Venecia y
Villavicencio, y a excepción de la Universidad Nacional sede Bogotá y la Pontificia
Universidad Javeriana, es desconocido el aprovechamiento tecnificado de aguas lluvias
en instituciones educativas.
En las demás regiones, donde el abastecimiento con agua potable es adecuado, no existe
un conocimiento pleno acerca de las técnicas de aprovechamiento de agua lluvia (ya sea
para consumo humano o para riego), pues debido a la alta disponibilidad de aguas
superficiales y al buen suministro de agua potable (como es el caso del Valle de Aburrá),
no se considera primordial adoptar las aguas lluvias para usos domésticos, educativos,
institucionales, entre otros.
A pesar de las campañas que adelantan las autoridades ambientales y algunas empresas
de servicios públicos, y a la normatividad vigente en cuanto al ahorro y uso eficiente del
agua (ley 373 de 1997), las técnicas de aprovechamiento de aguas lluvias no han tenido
un papel importante dentro de estos esfuerzos y su práctica es empírica y no muy
difundida entre los habitantes, especialmente en regiones de alta precipitación, como lo es
el municipio de Caldas, Antioquia.
El municipio de Caldas está ubicado al sur del Valle de Aburrá en el departamento de
Antioquia, a los 6° 06' N de latitud y a los 75° 38' O de longitud. La elevación sobre el nivel
del mar es de 1750m. Es uno de los municipios del Valle de Aburrá con mayor
precipitación anual, con valores medios anuales de 2938.4mm (según datos
pluviométricos del IDEAM para los años 1998 a 2008) y una temperatura media de 19°C,
por lo que es un buen candidato para el aprovechamiento de las aguas lluvias.
Adicionalmente los principales estratos que predominan en el municipio son el 1, 2 y 3
(según información de la Alcaldía Municipal), estratos en los cuales los costos de
abastecimiento son un porcentaje alto dentro del presupuesto educativo, pues la mayoría
de ellos son abastecidos por las Empresas Públicas de Medellín o por acueductos
veredales. Dentro del municipio existen aproximadamente 22 instituciones educativas
ubicadas en zona rural y urbana (Municipio de Caldas, Secretaría de Educación[5]),
potenciales para implementar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias, ya que
este tipo de edificaciones, por sus amplias áreas, permiten la captación de grandes
cantidades de aguas lluvias y gran facilidad de instalación de estos sistemas.

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Figura 4. Ubicación del Municipio de Caldas, Antioquia
Fuente: Elaboración propia a partir de imágenes de Wikipedia. Caldas, Antioquia.
a) Departamento de Antioquia, b) Área Metropolitana del Valle de Aburrá
El aprovechamiento de las aguas lluvias en el municipio de Caldas, lograría en primera
instancia, disminuir los consumos de agua potable en las instituciones educativas (centros
de alta demanda del recurso), permitiendo así disminuir los gastos económicos debidos a
estos consumos y darle un uso eficiente al recurso, al aprovechar el agua lluvia en las
descargas de los sanitarios, el riego de jardines, el lavado de patios y áreas comunes,
entre otros usos que no requieren agua potable.
La institución elegida para el desarrollo del sistema de aprovechamiento de agua lluvia es
La Institución Educativa María Auxiliadora, la cual está ubicada en el centro del Municipio
de Caldas, cerca al parque principal, y pertenece al estrato socio-económico número 3. Es
una institución fundada en el año 1868, y en la actualidad cuenta con 1220 estudiantes y
80 personas entre profesores y empleados de planta.
La institución cuenta con servicios básicos de agua potable, alcantarillado y electricidad,
los cuales son prestados por Las Empresas Públicas de Medellín y son pagados por el
Municipio de Caldas. En promedio, la institución consume 455.8m3
de agua potable al
mes, la cual tiene un costo aproximado de $490.500, de acuerdo con las facturas de la
empresa prestadora del servicio.
La captación y aprovechamiento de las aguas lluvias es una técnica de la ingeniería que
como tal tiene sus ventajas y desventajas. (Abdulla y Al-Shareef [1], CEPIS [6,7] y Texas
Water Development Board [32]).
Entre las muchas razones que se han expresado anteriormente, los principales beneficios
que se obtienen de almacenar y utilizar el agua lluvia, son los siguientes:
 Algunos sistemas no requieren de energía para operar.
 El agua lluvia es gratis, los únicos costos son los de recolección, almacenamiento
y distribución.
a) b)

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 Alta calidad físico-química del agua lluvia
 Facilidad en la construcción pues se pueden utilizar materiales de la zona, además
implica bajas frecuencias de mantenimiento.
 El uso final del agua recolectada está situado cerca de la fuente, eliminando la
necesidad de sistemas de distribución complejos y costosos.
 El agua lluvia no entra en contacto con el suelo y las rocas donde se disuelven las
sales y minerales, por lo tanto es suave y puede reducir significativamente la
cantidad de jabones y detergentes para la limpieza.
 Se reduce en cierta medida las inundaciones y la erosión.
 El agua lluvia es ideal para la irrigación de los jardines y cultivos.
 Al recolectarse el agua lluvia, se reduce el caudal del alcantarillado pluvial,
evitando así el ingreso de altos volúmenes a los sistemas de tratamiento de agua.
 La recolección y utilización del agua lluvia reduce los costos pagados a las
empresas prestadoras del servicio debido a la disminución de los consumos de
agua potable.
 Es una tecnología que se está utilizando por ser económica, social y
ambientalmente aceptable.
Las principales desventajas que presenta la utilización de las aguas lluvias son:
 El agua captada depende de la precipitación del lugar, la cual puede ser incierta,
especialmente por las transformaciones de los ecosistemas naturales, debido en
parte, al cambio climático.
 Los altos costos iniciales de construcción del sistema (especialmente del tanque
de almacenamiento), lo que puede volverlo inaccesible para algunas poblaciones.

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2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
Proponer un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias de bajo costo, fácil
implementación y mantenimiento, como alternativa para el ahorro de agua potable, la
disminución de los gastos debidos al consumo y un uso eficiente del recurso, en la
Institución Educativa María Auxiliadora del municipio de Caldas, Antioquia.
2.2. Objetivos Específicos
2.1.1. Desarrollar un sistema de aprovechamiento de aguas lluvias como
alternativa para usos no potables (sanitarios, riego de jardines, lavado
de patios y áreas comunes, entre otros).
2.1.2. Evaluar el potencial de ahorro de agua potable implementando un
sistema de aprovechamiento de aguas lluvias.
2.1.3. Hacer una aproximación de la relación costo-beneficio para la
instalación de los sistemas de aprovechamiento de aguas lluvias en
una institución educativa del municipio de Caldas.

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3. INTRODUCCIÓN
Desde los inicios de la civilización, los seres humanos han desarrollado sus sociedades
en torno a las aguas superficiales disponibles de la zona, utilizándolas como medio de
transporte, consumo y demás actividades. La alta disponibilidad de aguas superficiales
siempre limitó los usos del agua lluvia, siendo indispensable únicamente en la agricultura.
Pero debido al gran crecimiento demográfico, muchas civilizaciones se vieron obligadas a
ocupar regiones de baja o nula disponibilidad de aguas superficiales (zonas áridas y
semiáridas), en donde el aprovechamiento de aguas lluvias para los usos domésticos se
vuelve una necesidad. Es así como desarrollaron mecanismos de almacenamiento de
aguas lluvias que hoy son encontrados en los rescates arqueológicos que datan de 4000
años a.C, y que demuestran la alta importancia que tenía su aprovechamiento en siglos
pasados, como por ejemplo los hallazgos en Israel, Jordania, Yemen, Roma, China, Irán,
y algunas culturas indígenas de Centroamérica. Todas estas experiencias coincidían en
dirigir las aguas de escorrentía, de patios y techos hacia lugares de almacenamiento para
luego ser aprovechadas en la agricultura y en usos domésticos. (FAO [30]), (Ballén,
Galarza y Ortiz [4]).
En la actualidad, muchas de esas prácticas siguen siendo utilizadas, en especial en
regiones áridas o semiáridas, y su principal función es el almacenamiento del agua lluvia
para usos agrícolas y domésticos.
Los sistemas de recolección de agua lluvia no tienen grandes variaciones entre sí, la
mayoría constan básicamente de tres (3) componentes: captación, conducción y
almacenamiento (Abdulla y Al-Shareef [1]). Pero dependiendo de los usos para los cuales
esté diseñado el sistema y de su complejidad, existen otros componentes adicionales,
como por ejemplo el interceptor de las primeras aguas, el sistema de distribución (por
gravedad o por bombeo) y el tratamiento (desinfección, cuando el agua es para consumo
humano) (Texas Water Development Board [32]), los cuales representan mayores costos.
En general las diferencias más significativas tienen que ver con la forma de captación del
agua lluvia (de acuerdo con las áreas, la geometría y el material de los techos), y el tipo
de almacenamiento, según el material escogido para su fabricación.
Algunos ejemplos encontrados de sistemas de aprovechamiento de aguas lluvias para
Estados Unidos, son presentados por Texas Water Development Board [32], y se
resumen a continuación:
 Para agua de riego suplementario, los pozos del Branch Municipal Utility District en el
Norte de Austin, capturan el agua lluvia y el condensado de los aires acondicionados
de un nuevo centro de recreación de 929m2
, en un tanque de 140m3
, para servir como
agua de riego a 48.6m2
del parque municipal (campos de fútbol y oficinas).
 En el Centro de Investigación de Plantas Nativas Lady Bird Johnson en Austin, Texas,
se recolecta el agua lluvia a partir de tres zonas de captación independientes que
proporcionan entre el 10 y el 15% del agua para el riego de jardinería. Una parte
integral es su arquitectura, el sistema de captación de aguas pluviales del Centro, no
sólo sirve para conservar el agua, sino también como una herramienta de educación

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pública. El Centro recoge el agua de 17.000 pies cuadrados de área de la azotea y
puede almacenar más de 70.000 galones en la cisterna.
 The Advanced Micro Devices, planta de fabricación de semiconductores en Austin,
Texas, al no utilizar el agua potable para riego, ahorra $1,5 millones de dólares al año,
usando el agua lluvia recogida y algunas aguas subterráneas.
 Reynolds Metals en Ingleside, Texas, usa las aguas pluviales almacenadas en
tanques de contención, para su planta de procesamiento de metales, compensando
en gran medida el volumen de agua comprada.
En Colombia específicamente, el almacenamiento y uso de las aguas lluvias se ha
implementado principalmente en las regiones con problemas de abastecimiento de agua
potable para consumo doméstico, como lo son La Bocana (Buenaventura), El Chocó, San
Andrés; Puerto Carreño (Vichada), Cartagena; Cali, entre otros, de los cuales la mayoría
son sistemas rurales empíricos. (Ballén, Galarza y Ortiz [4]).
A nivel industrial son pocos los ejemplos que ilustran ésta práctica: Almacén Alkosto
Venecia (Bogotá), donde se aprovechan 6.000m2
de cubierta para captar alrededor de
4.820m3
de agua lluvia al año, con lo cual se satisface el 75% de la demanda actual de
agua potable de la edificación; El almacén Alkosto de Villavicencio tiene una cubierta de
1.061m2
con la cual se capta el agua lluvia para ser almacenada en un tanque de 150m3
,
posteriormente el agua es potabilizada en una planta de tratamiento, el sistema
proporciona agua potable para todas las necesidades del almacén durante todo el año.
(Ballén, Galarza y Ortiz [4]).
En cuanto al aprovechamiento a nivel educativo, solamente son conocidas las
experiencias en el Edificio de Postgrados de Ciencias Humanas de la sede Bogotá de la
Universidad Nacional, que cuenta con un sistema de cubierta protegida con grava en la
cual se capta agua lluvia que es llevada a un tanque subterráneo, desde el cual se
bombea agua para la descarga de los inodoros, y alimentar las fuentes y los espejos de
agua, y la Pontificia Universidad Javeriana, en donde se realizaron estudios para evaluar
la viabilidad técnica y económica de utilizar agua lluvia para el lavado de fachadas del
Campus Universitario (Lara et al.[22]), (Ballén, Galarza y Ortiz [4]).
Debido a la baja información encontrada sobre la utilización de las aguas lluvias para usos
escolares en Colombia, con éste proyecto se busca plantear la ingeniería conceptual para
aprovechar las aguas lluvias en usos no potables, como lo son las descargas de
sanitarios, el riego de jardines, el lavado de zonas comunes, entre otros, como medida
para la reducción del consumo de agua potable, dando así un adecuado uso al recurso
hídrico y brindando la disminución de los gastos generados por dicho consumo.
Éste proyecto plantea entonces, tres aspectos principales: a) el cálculo de los volúmenes
disponibles de agua lluvia en la zona estudiada, b) la evaluación del potencial de ahorro
de agua potable de acuerdo con el volumen de agua lluvia captado y c) la estimación del
presupuesto para la construcción del sistema y la proyección del ahorro generado al
utilizar la solución propuesta.

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4. ESTADO DEL ARTE
La literatura existente plantea diferentes técnicas para el aprovechamiento de las aguas
lluvias, la mayoría de ellas para ser implementadas en residencias rurales, o en regiones
de alto grado de desabastecimiento de agua potable, debido a su fácil implementación en
zonas dispersas o alejadas, y a los bajos costos asociados a la operación y el
mantenimiento. Las principales metodologías encontradas plantean típicos sistemas de
captación de agua en los techos, por medio de canaletas que conducen el agua lluvia
hacia un tanque de almacenamiento para su posterior uso, que en la mayoría de los
casos es el consumo humano, y en menor proporción, los usos no potables.
En la actualidad la práctica de recolección de aguas lluvias sigue siendo importante en las
regiones áridas o semiáridas del mundo, y la mayoría de las publicaciones existentes
sobre ésta técnica se basa en experiencias del Medio Oriente, Australia, África del Norte,
India, norte de México y sur este de Estados Unidos. Recientemente han aparecido más
publicaciones sobre experiencias en África (Sub-Sahara y del Sur) y sobre América
Latina. Estas publicaciones describen algunas experiencias en México, Brasil y (en menor
cantidad) en los Andes. (FAO [30])
Factores tales como el lugar de aplicación, el método, las tecnologías, la complejidad del
sistema, la finalidad y los usos posibles, hacen que los sistemas varíen desde barriles de
agua lluvia para el riego de jardines en zonas urbanas, hasta la recolección a gran escala
de agua lluvia para todos los usos domésticos de una ciudad. (Texas Water Development
Board [32])
Dentro de la revisión bibliográfica se encontraron similitudes en cuanto a la definición de
los componentes básicos de los sistemas de aprovechamiento. Texas Water Development
Board[32] plantea que los sistemas deben tener seis (6) componentes básicos: captación
en techos, recolección por canaletas y bajantes, interceptor de primeras aguas,
almacenamiento en tanques, sistema de distribución y tratamiento. Estos componentes
serían los requeridos para utilizar el agua lluvia para consumo humano y usos
domésticos. Pero independientemente del uso que se vaya a dar al agua lluvia, todo
sistema debe tener al menos tres (3) componentes básicos: captación, interceptor y
almacenamiento (Abdulla y Al-Shareef [1]). El CEPIS[6,7], plantea la necesidad de instalar
un filtro de arena para remover las partículas que no fueron captadas por el interceptor de
las primeras aguas, previo al tratamiento con cloro. El sistema propuesto para éste
proyecto constará de cinco (5) componentes: captación, recolección, interceptor,
almacenamiento y distribución.
Uno de los parámetros más importante dentro del diseño de un sistema de
aprovechamiento de aguas lluvias, es la determinación de los volúmenes de
almacenamiento, seguido del potencial de ahorro de agua potable. Dentro de la literatura
revisada se encontraron similitudes para la determinación de dichos parámetros. El
cálculo del volumen de almacenamiento de agua lluvia es descrito claramente por el
CEPIS [6,7], el cual se determina a partir de la diferencia entre la oferta acumulada y la
demanda acumulada. Autores como Abdulla y Al-Shareef [1,2] y Ghisi [17] realizan dicho
cálculo como el producto entre la precipitación promedio mensual o anual, el área de

19
captación y el coeficiente de escorrentía, lo cual brindaría únicamente el valor de la oferta
disponible. Corcho y Duque [10] afectan el volumen de almacenamiento por un porcentaje
de evaporación asumido para la zona y Fewkes [15] lo afecta por una variable adicional
que es la pérdida en el almacenamiento por depresión (D), variable que no fue utilizada
en este trabajo debido a que su determinación es a partir de la modelación en el área de
estudio, lo cual está fuera del alcance de esta monografía, pero de acuerdo con Abdulla y
Al-Shareef [1,2], se tomará un valor del 20% anual que representa las pérdidas globales
debidas a la evaporación, pérdidas en la recolección, conducción y almacenamiento, entre
otras. Por lo tanto el cálculo del volumen de almacenamiento se realizó de acuerdo con
las sugerencias del CEPIS, Corcho y Duque y de Abdulla y Al-Shareef.
Ghisi [17] plantea la metodología para determinar el potencial de ahorro de agua potable,
el cual es un valor porcentual que se expresa como la relación entre el volumen total
captado de agua lluvia y la demanda total. La misma expresión es luego utilizada por
Ghisi, Lapolli y Martini [16] en su evaluación para un sector residencial del sur de Brasil.
La ecuación para el cálculo del potencial de ahorro de agua potable, aparece de nuevo
expresada de la misma manera por Abdulla y Al-Shareef [1,2] y por Cheng y Liao [8].
Corcho y Duque[10] plantean la misma metodología para determinar el potencial de
ahorro, pero su nombre es diferente, siendo llamado %Dotación, que equivale al valor
porcentual del volumen captado, sobre la demanda, por cien. Para éste diseño se utilizará
la ecuación propuesta, pero teniendo en cuenta el volumen total acumulado posible de ser
captado y la demanda acumulada, esto porque se deben considerar los remanentes que
quedan cuando el consumo es menor a la oferta, tal y como es planteado por la
metodología del CEPIS [6,7].
Hernández [18] describe los diferentes tipos de techos en los cuales se puede realizar
captaciones de agua lluvia y Abdulla y Al-Shareef [1,2] y el CEPIS [6,7], explican
detalladamente los materiales utilizados en ellos. La selección del material se hace de
acuerdo con las condiciones existentes y/o con el presupuesto que se tenga para
construir los sistemas, de ésta manera, para un presupuesto económico, los materiales
más comunes para los techos son el concreto y las tejas de arcilla, debido a su
durabilidad, bajo costo y calidad del agua lluvia. De igual manera Texas Water
Development Board [32] explica que los techos construidos en concreto y en tejas de
arcilla son responsables del 10% de las pérdidas de agua, debido a la evaporación y la
alta porosidad de dichos materiales, por lo que recomienda pintar las superficies o
cubrirlas con un sellador para mejorar el escurrimiento del agua y prevenir el crecimiento
bacteriano en sus poros. Para este trabajo se utilizarán techos en teja de arcilla (que son
los techos existentes actualmente en la Institución), además el agua captada no se
utilizará para consumo humano, por lo tanto el crecimiento bacteriano no es un factor
determinante dentro del diseño, pues se supone que éste es removido en parte por el
interceptor de primeras aguas, pero se recomendará que los techos se mantengan en
buen estado para evitar las pérdidas en el flujo. Otros materiales utilizados en los techos
son: metal, tejas de asfalto, tejas de madera, alquitrán y grava (Texas Water Development
Board [32]).
Con respecto al diseño de las canaletas, Abdulla y Al-Shareef [1,2] explican que los
materiales más comunes son el aluminio sin soldadura, el acero galvanizado, el cobre y el
acero inoxidable, pero éste último es más costo. Texas Water Development Board [32]
explica que el plomo no puede ser utilizado para soldar las canaletas entre sí, porque en

20
caso de haber una lluvia ligeramente ácida, el plomo se disuelve y contamina el agua
almacenada. Hernández [18] y el CEPIS [6,7] además incluyen el PVC como material más
común para las canaletas y los bajantes, y los recursos maderables que haya en la región
donde se implementará el sistema.
Para los diferentes tipos de interceptores, CEPIS [6,7] plantea un sistema sencillo que
consiste en un tanque que recibirá un litro de agua lluvia por cada metro cuadrado de área
captada, cuando el sistema esté lleno, el agua seguirá su curso hacia el tanque de
almacenamiento. Otros autores (Texas Water Development Board[32], Hernández [18])
plantean sistemas de válvulas dentro de los mismos bajantes, lo cual se vuelve más
costoso para éste proyecto, por lo tanto se utilizará la metodología del CEPIS.
Los tanques de almacenamiento pueden ser construidos en diferentes materiales,
Hernández [18] explica cada uno de ellos (Plásticos: Fibra de vidrio, polietileno y PVC.
Metales: Barril de acero, acero galvanizado. Concreto: Ferrocemento, piedra y bloque de
concreto. Madera: Madera roja, abeto, ciprés), sus ventajas y desventajas y una
aproximación a sus costos. Abdulla y Al-Shareef [1,2] mencionan la geometría de los
tanques en concreto, que es el material más común, los cuales pueden ser cuadrados,
rectangulares o cilíndricos, enterrados, semi-enterrados o elevados.
Muchos de los documentos revisados se centran el realizar análisis de la calidad del agua
lluvia, inclusive con captaciones en áreas diferentes a los techos, como plantea Nolde
[26], quien hace un análisis de la posibilidad de utilizar el agua lluvia de escorrentía de las
superficies de tránsito vehicular, logrando demostrar que es viable, a pesar de que la
normatividad alemana no esté de acuerdo. Otros autores que hacen referencia a la
calidad del agua lluvia para consumo humano son Sazakli, Alexopoulos y Leotsinidis [27].
Durante tres (3) años recolectaron 300 muestras, 156 de los tanques de almacenamiento
que recibían directamente el agua lluvia, y las 144 restantes se extrajeron de las aguas
subterráneas de la región. Los resultados mostraron que el agua lluvia es la fuente más
prometedora para abastecer con agua potable a las poblaciones afectadas. Evans,
Coombes y Dunstan[14] analizaron el efecto que tienen los patrones climáticos, como el
viento, en la calidad del agua lluvia almacenada. Los resultados mostraron que dichos
patrones, en conjunto con el sitio de almacenamiento pueden intervenir significativamente
en la carga bacteriana del agua lluvia captada en los techos, siendo el viento un factor
directamente proporcional a dicha carga.
Aunque el objetivo de éste proyecto no es utilizar el agua lluvia para consumo humano, la
revisión de estas experiencias es importante dentro del estudio, pues demuestra que el
agua lluvia cumple con condiciones físico-químicas aptas para su consumo, y que los
valores microbiológicos obtenidos pueden ser fácilmente removidos siempre y cuando se
garantice que las primeras aguas sean interceptadas, y que el agua almacenada tenga un
tratamiento de desinfección previo a su consumo, lo cual podría considerarse en un futuro
para la Institución.
Otro tipo de artículos revisados fueron los relacionados con modelos de simulación para el
almacenamiento de agua lluvia, como el planteado por Su et al.[29], en donde presentan
un modelo de simulación anual para establecer la relación probabilística entre la
capacidad de almacenamiento del agua lluvia recolectada y las tasas de déficit de
abastecimiento de agua, en la isla de Taiwán. Para el modelo utilizaron datos diarios de
precipitación durante 50 años. La metodología planteada corresponde a una evaluación
estadística de las variaciones de la precipitación y a un modelo de simulación por medio

21
de procesos iterativos. Herrmann y Schmida [19] plantean una simulación continua a largo
plazo del rendimiento hidráulico de los sistemas de uso de aguas lluvias, en la que se
evalúa la eficiencia del sistema, la frecuencia y los volúmenes de sobre-flujos y el tiempo
de recurrencia de estos acontecimientos de sobre-flujos. Villarreal y Dixon [31] plantean
un modelo a gran escala de aprovechamiento, con captación de aguas lluvias en los
techos de las viviendas y edificaciones, para abastecer a toda la ciudad de Ringdansen
(Suecia) con dicha agua, especialmente para los usos de descarga de sanitarios,
lavanderías, lavado de carros y riego de jardines. El modelo por computador se utilizó
para explorar el potencial de ahorro de agua del sistema de recolección de aguas
pluviales usando la técnica de Monte Carlo, pero no hay una explicación detallada de los
procedimientos para la determinación de los componentes del sistema.
Los anteriores artículos, al desarrollar modelos de simulación por computador no se
ajustan a las necesidades de éste proyecto, pero su revisión permitió entender el proceso
aleatorio de la precipitación y la manera en que la escorrentía generada por la lluvia
puede ser disminuida si se tienen sistemas de captación, especialmente en lugares
altamente poblados o en edificios de varios pisos, pues hay un consumo total del agua
almacenada, lo cual evita que haya desbordamientos desde los tanques de
almacenamiento.
De las fuentes consultadas, la metodología más completa y de mayor aplicabilidad para el
diseño del proyecto, debido a que reúne los criterios requeridos para el logro del objetivo
general en cuanto a su fácil aplicación y bajo costo dentro de la Institución, está planteada
en los dos documentos del CEPIS[6,7]. Ambos documentos plantean los parámetros de
diseño para el aprovechamiento del agua lluvia en viviendas, pero debido a que las
diferencias con una institución educativa básicamente son pequeñas (número de
personas y áreas de captación), el diseño se ajustó adecuadamente según las
recomendaciones de ambos textos.
Para la determinación del Potencial de Ahorro de Agua Potable se utilizó la ecuación
planteada por Ghisi, Lapolli y Martini[16], pero utilizando los volúmenes acumulados,
siendo coherentes con la metodología del CEPIS [6,7], como se mencionó anteriormente.

22
5. MARCO TEÓRICO
Actualmente la presión existente sobre las cuencas hidrográficas es muy alta, debido a la
alta demanda del recurso y al grado de contaminación de las fuentes superficiales. En
base a esto, muchas poblaciones urbanas cuentan con un alto grado de
desabastecimiento de agua potable (IDEAM [20]). Es necesario entonces, adoptar
medidas alternativas que permitan la sostenibilidad del recurso, y conocer las técnicas de
aprovechamiento de aguas lluvias es parte fundamental para lograr éste propósito.
El aprovechamiento de agua lluvia para instituciones educativas, es una práctica de fácil
implementación, que permite disminuir los consumos de agua potable, logrando así, una
reducción en los gastos por dichos consumos, y dando un uso eficiente al recurso, de
manera que aquellos sistemas en los cuales el agua potable no es necesaria, puedan ser
abastecidos por el agua lluvia.
Siguiendo los parámetros establecidos por el CEPIS [6,7] y por Ghisi, Lapolli y Martini
[16], a continuación se presentan las definiciones de los componentes del sistema, el
análisis de la información pluviométrica y los cálculos realizados para el diseño del
sistema de aprovechamiento de agua lluvia.
5.1. DEFINICIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
Un sistema básico está compuesto por los siguientes componentes:
a. Captación
b. Recolección
c. Interceptor de primeras aguas
d. Almacenamiento
Inicialmente el diseño propuesto tendría, además de los componentes mencionados,
los siguientes:
e. Sistema de filtración rápida
f. Red de distribución de agua lluvia (sistema de bombeo).

23
Figura 5. Sistema típico de captación de agua lluvia en techos.
Fuente: Guía de Diseño para Captación de Agua de Lluvia. CEPIS, 2004.
5.1.1. Captación
Es la superficie destinada para la recolección del agua lluvia. La mayoría de los
sistemas utilizan la captación en los techos, los cuales deben tener adecuada
pendiente (no inferior al 5%) y superficie, que faciliten el escurrimiento del agua
lluvia hacia el sistema de recolección.
Los materiales empleados para los techos pueden ser las tejas de arcilla, madera,
paja, cemento, entre otros. Los techos de cemento y de teja son los más comunes
debido a su durabilidad, el precio relativamente bajo y porque proveen agua de
buena calidad; los que tienen compuestos de asfalto, amianto o los que están
pintados se recomienda utilizarlos sólo cuando el agua captada no es para
consumo humano, ya que pueden lixiviar materiales tóxicos en el agua lluvia
(Abdulla y Al-Shareef [1]).
Figura 6. Áreas de captación para tres tipos diferentes de techos
Fuente: The Texas Manual on Rainwater Harvesting. Texas Water Development Board.
2005
b)
a) c)

24
5.1.2. Recolección y Conducción
Es el conjunto de canaletas adosadas en los bordes más bajos del techo, con el
objeto de recolectar el agua lluvia y de conducirla hasta el sitio deseado. Las
canaletas se deben instalar con una pendiente no muy grande que permitan la
conducción hasta los bajantes. El material de las canaletas debe ser liviano,
resistente al agua y fácil de unir entre sí, a fin de reducir las fugas de agua. Para
tal objetivo se pueden emplear materiales como el bambú, la madera, el metal o el
PVC. Se recomienda que el ancho mínimo de la canaleta sea de 75mm y el
máximo de 150mm.
Figura 7. Tipos de canaletas para recolección de agua lluvia
Fuente: Captación de agua de lluvia como alternativa para afrontar la escasez del recurso.
Manual de capacitación para la participación comunitaria. Floriana Hernández Martínez.
5.1.3. Interceptor
Es el dispositivo dirigido a captar las primeras aguas lluvias correspondientes al
lavado del área de captación, con el fin de evitar el almacenamiento de aguas con
gran cantidad de impurezas. En el diseño del dispositivo se debe tener en cuenta
b)
a)
c) d)

25
el volumen de agua requerido para lavar el techo y que se estima en 1 litro por m2
de techo. Se debe tener en cuenta que el agua recolectada temporalmente por el
interceptor, también puede utilizarse para el riego de plantas o jardines.
El interceptor consta de un tanque, al cual entra el agua por medio de los bajantes
unidos a las canaletas. El tanque interceptor debe contar con una válvula de
flotador que permita su llenado, cuando éste alcance el nivel deseado, la válvula
impedirá el paso del agua hacia el interceptor y la dirigirá hacia el tanque de
almacenamiento. Adicionalmente debe tener una válvula de purga en la parte
inferior del tanque para hacer el mantenimiento después de cada lluvia.
Figura 8. Tanque interceptor de primeras aguas
Fuente: Captación de agua de lluvia como alternativa para afrontar la escasez del recurso.
Manual de capacitación para la participación comunitaria. Floriana Hernández Martínez.
Figura 9. Válvula flotador para Tanque Interceptor
Fuente: Google imágenes. Válvula flotador

26
5.1.4. Almacenamiento
Es el depósito destinado para la acumulación, conservación y abastecimiento del
agua lluvia a los diferentes usos. La unidad de almacenamiento debe ser duradera
y debe cumplir con las especificaciones siguientes:
 Impermeable para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración
 De no más de 2m de altura para minimizar las sobre-presiones
 Con tapa para impedir el ingreso de polvo, insectos y de la luz solar
 Disponer de una escotilla con tapa lo suficientemente grande para que permita
el ingreso de una persona para la limpieza y reparaciones necesarias
 La entrada y el rebose deben contar con mallas para evitar el ingreso de
insectos y animales
 Dotado de dispositivos para el retiro de agua y el drenaje.
Los tipos de tanques de almacenamiento de agua lluvia a ser empleados pueden
ser construidos con los siguientes materiales:
• Mampostería para volúmenes menores (100 a 500 L)
• Ferro-cemento para cualquier volumen.
• Concreto reforzado para cualquier volumen.
Figura 10. Tanque de almacenamiento semienterrado en ferro-cemento.
Fuente: The Texas Manual on Rainwater Harvesting. Texas Water Development Board.
2005
5.5.1. Red de Distribución de Agua Lluvia y Sistema de Bombeo
Esta red debe ir paralela a la red de acueducto, y debe llegar a los puntos
hidráulicos donde se utilizará el agua lluvia, así que deberá protegerse la red de
suministro de agua potable con una válvula de cheque para evitar que el agua
lluvia se mezcle con el agua potable. El sistema de bombeo distribuirá el agua
desde el tanque de almacenamiento hacia las unidades sanitarias requeridas. Se
debe tener presente que la tubería de succión de la bomba debe estar al menos
50cm por encima del fondo del tanque para evitar el arrastre de material
sedimentado.

27
5.6. INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA
Adicional a los componentes mencionados, para desarrollar el diseño se debe tener la
información pluviométrica de la zona, la cual debe ser de mínimo diez (10) años
consecutivos, para tener mayor confiabilidad en el diseño. Adicionalmente, para un
mejor análisis de la información se debe tener presente si durante el periodo
contemplado se presentaron los fenómenos de El Niño y La Niña, pues dichos
fenómenos intervienen directamente con la disponibilidad de agua lluvia, ya sea
porque ésta se vuelva escaza o abundante. La información sobre los periodos de
dichos fenómenos en el tiempo de evaluación de la zona, se presentan en la Tabla 4.
Con los datos diarios obtenidos, se estiman los promedios mensuales de precipitación,
de acuerdo con la ecuación 1:
n
Pi
Ppi
n
i
i



 1
(1).
Donde:
Ppi: precipitación promedio mensual del mes “i” de todos los años evaluados
(mm/mes)
n: número de años evaluados
pi: valor de precipitación mensual del mes “i”, (mm)
5.7. MODELO DE CÁLCULOS
El desarrollo del diseño consta principalmente de la determinación de la demanda de
agua, la oferta relacionada con la precipitación de la zona, el volumen de
almacenamiento del agua lluvia, el interceptor de las aguas de lavado del techo, el
filtro y la red de distribución de las aguas lluvias. A continuación se presentan los
modelos de cálculos para cada componente.
5.7.1. Demanda de agua en el mes “i” (Di)
La demanda de agua se puede estimar de diferentes maneras, una de ellas,
como la plantea el CEPIS[6], es la siguiente: a partir de la dotación asumida por
persona se calcula la cantidad de agua necesaria para atender las necesidades
de las personas a ser beneficiadas en cada uno de los meses.
1000
*
* Dot
Nd
Nu
Di  (2)
Donde:
Di: demanda mensual (m3
)
Nu: número de usuarios que se benefician del sistema (variable, según el mes,
como se indicó anteriormente).
Nd: número de días del mes analizado

28
Dot: dotación (L/persona/día)
La ecuación 2 es efectiva cuando se requiere estimar la demanda de agua total
para una vivienda, pero para determinar la demanda requerida únicamente para
los sistemas sanitarios y para los lava-escobas se deber afectar la anterior
ecuación por el 20% y el 5%, porcentajes estimados por el Departamento
Nacional de Planeación [11] (Ballén, Galarza y Ortiz [3]), los cuales corresponden
a los porcentajes de consumo de las unidades sanitarias y de los lava-escobas,
respectivamente.
Así, la demanda de agua para dichas unidades se determina de la siguiente
manera:
1000
%
25
*
*
* Dot
Nd
Nu
Di  (3)
Donde:
Di: demanda mensual (m3
)
Nu: número de usuarios que se benefician del sistema (variable, según el mes,
como se indicó anteriormente).
Nd: número de días del mes analizado
Dot: dotación (L/persona/día)
25%: porcentaje de consumo de sanitarios mas lava-escobas.
5.7.2. Oferta de agua en el mes “i” (Ai)
Teniendo en cuenta los promedios mensuales de precipitaciones de todos los
años evaluados, el material del techo y el coeficiente de escorrentía, se procede a
determinar la cantidad de agua captada para diferentes áreas de techo y por mes.
1000
*
* Ac
Ce
Ppi
Ai  (4)
Donde:
Ai: oferta de agua en el mes “i” (m3
)
Ppi: precipitación promedio mensual (L/m2
)
Ce: coeficiente de escorrentía
Ac: área de captación (m2
)
De acuerdo con Abdulla y Al-Shareef [1,2], muchos diseñadores asumen un valor
del 20% anual en pérdidas debidas a la evaporación, a la textura del material del
techo, a las pérdidas en las canaletas y en el almacenamiento, y a la ineficiencia
del sistema de captación, por tal razón se afecta el volumen de la oferta
disponible por ese porcentaje para no sobredimensionar el sistema e incluir en el
diseño las pérdidas asociadas. De ésta manera ese valor porcentual se distribuye
uniformemente durante los doce meses del año para determinar la oferta
mensual, de la siguiente manera.

29








12
2
.
0
*
' Ai
Ai
i
A (5)
Donde:
A‟i: oferta de agua en el mes “i” teniendo en cuenta las pérdidas (m3
)
Ai: oferta de agua en el mes “i” (m3
)
Teniendo como base los valores obtenidos en la determinación de la demanda
mensual de agua potable y de la oferta mensual de agua lluvia, se procede a calcular
el acumulado de cada uno de ellos mes a mes, encabezado por el mes de mayor
precipitación u oferta de agua. A continuación se procede a calcular la diferencia de los
valores acumulados de oferta y demanda de cada uno de los meses.
5.7.3. Demanda acumulada (Dai)
Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:
Di
Da
Dai i 
  )
1
( (6)
Donde:
Dai: demanda acumulada al mes “i” (m3
).
Da (i-1): demanda acumulada al mes anterior “i-1” (m3
).
Di: demanda del mes “i” (m3
)
5.7.4. Oferta acumulada (Aai)
Se determina de acuerdo con la siguiente expresión:
i
A
Aa
Aai i '
)
1
( 
  (7)
Donde:
Aai: oferta acumulada al mes “i” (m3
).
Aa(i-1): oferta acumulada al mes anterior “i-1” (m3
).
A‟i: oferta del mes “i” teniendo en cuenta las pérdidas (m3
)
5.7.5. Volumen de almacenamiento (Vi)
Para conocer el volumen necesario de almacenamiento se debe encontrar la
diferencia entre la oferta acumulada y la demanda acumulada para cada mes, de
ésta manera el mayor valor de diferencia será el volumen del tanque adoptado. Si
las diferencias dan valores negativos, quiere decir que las áreas de captación no
son suficientes para satisfacer la demanda.
Dai
Aai
Vi 
 (8)
Donde:

30
Vi: volumen de almacenamiento del mes “i” (m3
)
Aai: oferta acumulada al mes “i” (m3
)
Dai: demanda acumulada al mes “i” (m3
)
5.7.6. Interceptor de primeras aguas
Éste elemento permite recolectar las primeras aguas lluvias que caen y lavan el
techo, por lo tanto es necesario desviarlas para no ser almacenadas en el tanque.
Su diseño, de acuerdo con los parámetros establecidos en la metodología del
CEPIS [6], establece que se requiere un litro de agua lluvia para lavar un metro
cuadrado del techo, es decir que el volumen del tanque interceptor se calcula de
la siguiente manera:
1000
/
*
1 2
int 





 techo
A
m
L
V (9)
Donde:
Vint: Volumen del interceptor (m3
)
Atecho: Área del techo a captar (m2
)
5.7.7. Potencial de ahorro de agua potable
El potencial de ahorro de agua potable se determina de acuerdo con el volumen
de agua lluvia posible de ser recolectada y la demanda existente, en un mes,
como se expresa en la siguiente ecuación: (Ghisi, Lapolli y Martini[16]).
PWD
VR
PPWS *
100
 (10)
Donde:
PPWS: Potencial de Ahorro de Agua Potable (por sus siglas en inglés) (%)
VR ó Ai: Volumen mensual de agua lluvia que puede ser recolectado (m3
/mes)
PWD ó Di: Demanda mensual de agua potable (m3
/mes).
Para ser coherentes con la metodología propuesta por el CEPIS [6,7], la cual
contempla la acumulación del agua en el tanque de almacenamiento, de acuerdo a
su consumo, el potencial se debe determinar con los volúmenes acumulados, es
decir, la oferta acumulada de agua lluvia posible de ser recolectada, sobre la
demanda acumulada. De ésta manera en la ecuación 10, VR cambia por Aai y
PWD cambia a Dai.
5.7.8. Red de distribución de agua lluvia
Se diseña por el método de la Certeza Total, explicado por Melguizo [24], en el
cual se puede tener la certeza de que durante un periodo determinado, todo un
grupo de aparatos sanitarios estarán en funcionamiento, situación muy común en

31
las instalaciones de tipo colectivo como lo son las escuelas, los internados, los
cuartes, entre otros, debido a los horarios que rigen en cada institución. La
determinación de los caudales y los diámetros de cada tramo, se realiza por
medio del Gasto Máximo Posible, el cual se encuentra con la ecuación 11.
n
Qi
oPosible
GastoMáxim *
 (11)
Donde:
Qi: Caudal instantáneo de cada aparato sanitario (L/s)
n: Número de aparatos comunes.
Los caudales instantáneos y los diámetros requeridos por cada aparato se
muestran en la siguiente tabla.
Tabla 1. Caudales instantáneos y diámetros para cada aparato sanitario.
APARATO
CAUDAL, Qi
(L/s)
DIÁMETRO
(Pulgadas)
Bañera 0,30 ¾
Calentador 0,30 ¾
Ducha 0,25 ½
Inodoro Tanque 0,15 ½
Inodoro Fluxómetro 2,50 1½
Lavadero 0,20 ½
Lava-escobas 0,30 ½
Lavamanos 0,10 ½
Lavaplatos 0,20 ½
Lavadora 0,25 ½
Orinal sencillo 0,15 ½
Orinal fluxómetro 1,50 ¾
Fuente: Elaboración propia según Melguizo[24] 1980.
5.7.9. Sistema de bombeo
Se presenta a continuación el procedimiento del cálculo hidráulico de la bomba
requerida para el tanque de almacenamiento. Para llevar a cabo dicho
procedimiento se tendrá en cuenta el material y características de la bomba, el
motor, la tubería de impulsión y de succión; así como las cotas entre los puntos
de inicio (tanque de almacenamiento) y llegada (unidad sanitaria más alejada).
Los principales parámetros a tener en cuenta son:
 Caudal a bombear (Qb)
 Tiempo de bombeo diario
 Temperatura media del agua (T)
 Aceleración de la gravedad (g)

32
 Número de bombas
 Coeficiente de Hazen-Williams (C)
 Altura sobre el nivel del mar de la bomba (Hsnm)
 Densidad del agua a la temperatura indicada ()
 Densidad del agua a 4°C (r)
 Tipo de bomba
5.7.9.1. Cálculo de la tubería de succión
Al calcular la tubería de succión, se asume un diámetro de tubería, para
verificar las velocidades mínima y máxima de acuerdo con el caudal a
transportar. Asumiendo un diámetro de succión de la bomba, el área y la
velocidad calculada serán:
4
* 2



A (12)
Donde:
A= Área de la tubería (m2
)
 = Diámetro de la tubería (m)
De acuerdo con el caudal obtenido para el abastecimiento de las unidades
sanitarias, despejando la siguiente ecuación se determina el valor de la
velocidad de succión:
A
V
Q *
 (13)
Donde:
Q: Caudal (m3
/s)
V: Velocidad (m/s)
A: Área de la tubería (m2
)
Para la velocidad mínima se recomienda un valor de 0,45 m/s (Corcho y
Duque [10]) y para la velocidad máxima, el RAS 2000 [13], recomienda
1.45 m/s para el diámetro asumido.
5.7.9.2. Chequeo de la tubería de impulsión
Para este caso, se asume un valor para el diámetro de impulsión y se
calcula de nuevo el área y la velocidad de la tubería de impulsión con las
ecuaciones 12 y 13.
El valor obtenido para la velocidad de impulsión debe cumplir el rango
establecido en el literal B.8.5.6.2 del RAS 2000, 1>Vi>3m/s.

33
5.7.9.3. Cálculo de la altura dinámica total
5.7.9.3.1. Altura dinámica total en la succión
La altura dinámica de succión es la sumatoria de la altura estática de
succión (h), las pérdidas totales en la succión y las pérdidas por fricción
en la succión.
El valor de la altura estática de succión es la diferencia de altura entre el
nivel del agua en el tanque de almacenamiento y la bomba.
Para determinar la pérdida de carga unitaria (J) se despeja la siguiente
ecuación:
54
.
0
63
.
2
*
*
*
2785
.
0 J
C
Q 
 (14)
Donde:
Q= Caudal (m3
/s)
C= Coeficiente de Hazen Williams
 = Diámetro de la tubería (m)
J= Pérdida de carga unitaria (m/m)
5.7.9.3.1.1. Pérdidas totales en la succión
Las pérdidas que se generan en cada accesorio, se relacionan como
longitud equivalente, de acuerdo con la tabla 2, y su sumatoria son las
pérdidas totales de la succión (Δh). Los accesorios para la succión son:
 Válvula de retención liviana
 Codo de 90º de radio corto
 Longitud recta de tubería
5.7.9.3.1.2. Pérdidas por fricción en la succión
Estas pérdidas se relacionan con la fricción del líquido contra las
paredes de la tubería, y se determinan así:
g
V
K
2
2
 (15)
Donde:
K= Pérdidas por fricción (m)
V= Velocidad (m/s)
g= Aceleración de la gravedad (m/s2
)
La altura dinámica total en la succión se encuentra entonces por medio de la
siguiente ecuación:

34
K
h
J
h
Hd 


 )
*
( (16)
Donde:
Hd: Altura dinámica total (m)
h: Altura estática (m)
J: Pérdida de carga unitaria (m/m)
Δh: Sumatoria de las pérdidas totales (m)
K: Pérdidas por fricción (m)
5.7.9.3.2. Altura dinámica total en la impulsión
La altura dinámica de impulsión es la sumatoria de la altura estática de
impulsión (h), las pérdidas totales en la impulsión y las pérdidas por
fricción en la impulsión.
El valor de la altura estática de impulsión es la diferencia de altura entre
el bombeo y la parte más alta del tanque de almacenamiento.
Para determinar la pérdida de carga unitaria (J) se utiliza la ecuación 14.
5.7.9.3.2.1. Pérdidas totales en la impulsión
Las pérdidas que se generan en cada accesorio, se relacionan como
longitud equivalente, de acuerdo con la Tabla 2, y su sumatoria son las
pérdidas totales de la succión (Δh). Los accesorios para la impulsión
son:
 Válvula de compuerta
 Válvula de retención liviana
 Codo de 90º de radio corto
 Reducción
 Salida de tubería
 Longitud recta de tubería
5.7.9.3.2.2. Pérdidas por fricción en la impulsión
Estas pérdidas también se obtienen con la ecuación 15.
La altura dinámica total en la impulsión se encuentra con la ecuación 16.
Ahora, la altura dinámica total es igual a la altura dinámica de succión más
la altura dinámica total de la impulsión, de manera que:
i
Hd
s
Hd
Hd ,
, 
 (17)
Donde:
Hd: Altura dinámica total en la succión e impulsión (m)

35
Hd,s: Altura dinámica en la succión (m)
Hd,i: Altura dinámica en la impulsión (m)
Se debe aplicar un factor de seguridad del 20%.

Tabla 2. Longitud equivalente en perdidas localizadas (en metros de tubería rectilínea)
DIAMETR
O
(pulg)
CODO
90º
RADIO
LARG
O
CODO
90º
RADI
O
MEDI
O
CODO
90º
RADIO
CORT
O
COD
O 45º
ENTRAD
A
NORMAL
ENTRAD
A DE
BORDA
VALVUL
A DE
CONTEN
ABIERTA
VALVUL
A DE
GLOBO
ABIERTA
TEE DE
PASO
DIRECT
O
TEE
PAS
O DE
LAD
O
TEE
SALIDA
BILATERA
L
SALIDA
DE
TUBERI
A
VALULA
DE
RETENCIO
N TIPO
LLAVE
VALULA
DE
RETENCIO
N TIPO
POZO
1/2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,2 0,4 0,1 4,9 0,3 1,0 1,0 0,4 1,1 1,6
3/4 0,4 0,6 0,7 0,3 0,2 0,5 0,1 6,7 0,4 1,4 1,4 0,5 1,6 2,4
1 0,5 0,7 0,8 0,4 0,3 0,7 0,2 8,2 0,5 1,7 1,7 0,7 2,1 3,2
1 1/4 0,7 0,9 1,1 0,5 0,4 0,9 0,2 11,3 0,7 2,3 2,3 0,9 2,7 4,0
1 1/2 0,9 1,1 1,3 0,6 0,5 1,0 0,3 13,4 0,9 2,8 2,8 1,0 3,2 4,8
2 1,1 1,4 1,7 0,8 0,7 1,5 0,4 17,4 1,1 3,5 3,5 1,5 4,2 6,4
2 1/2 1,3 1,7 2,0 0,9 0,9 1,9 0,4 21,0 1,3 4,3 4,3 1,9 5,2 8,1
3 1,6 2,1 2,5 1,2 1,1 2,2 0,5 26,0 1,6 5,2 5,2 2,2 6,3 9,7
4 2,1 2,8 3,4 1,5 1,6 3,2 0,7 34,0 2,1 6,7 6,7 3,2 8,4 12,9
6 3,4 4,3 4,9 2,3 2,5 5,0 1,1 51,0 3,4 10,0 10,0 5,0 12,5 19,3
8 4,3 5,5 6,4 3,0 3,5 6,0 1,4 67,0 4,3 13,0 13,0 6,0 16,0 25,0
10 5,5 6,7 7,9 3,8 4,5 7,5 1,7 85,0 5,5 16,0 16,0 7,5 20,0 32,0
12 6,1 7,9 9,5 4,6 5,5 9,0 2,1 102,0 6,1 19,0 19,0 9,0 24,0 38,0
14 7,3 9,5 10,5 5,3 6,2 11,0 2,4 120,0 7,3 22,0 22,0 11,0 28,0 45,0
Fuente: Silva Garavito[28] 1970

5.7.10.Características de la bomba
Para el diseño se debe contemplar qué tipo de bomba se va a utilizar, si ésta
es de succión negativa es importante considerar el fenómeno de cavitación.
Éste se genera como consecuencia de la vaporización del líquido dentro de la
tubería; es decir, la presencia de aire dentro del sistema, lo cual contribuye a
un mayor desgaste de la máquina. Para minimizar el efecto de la cavitación
se calculará la "Cabeza Neta de Succión Positiva Disponible" (NPSHd), la
cual nos indica la máxima altura de succión que otorga el sistema;
adicionalmente se debe cumplir que la "Cabeza Neta de Succión Positiva
Requerida" (NPSHr), cuyo valor lo proporciona el fabricante de la bomba,
debe ser menor que el NPSH disponible, para evitar la cavitación.
El cálculo del NPSHd se debe hacer primero correcciones de la presión
barométrica y de la presión de vapor de la siguiente manera:
Corrección de la presión barométrica:








1000
*
2
,
1
33
,
10
Hsnm
Pa

(18)
Corrección de la presión de vapor:




















 



g
T
T
T
T
Pv


1000
*
))
6102
,
0
(
)
*
10
34
,
4
(
)
*
10
6
,
1
(
)
*
10
1
(
)
*
10
6
(( 2
2
3
3
5
4
7
(19)
Donde:
Pa / : Presión barométrica corregida en el sitio (m)
Hsnm: Altura sobre el nivel del mar de la bomba (m)
Pv /  : Presión de vapor a la temperatura indicada (m)
T: Temperatura media del agua en el sitio de bombeo (°C)
: Densidad del agua a la temperatura indicada (Kg/m3
)
g: Valor de la aceleración de la gravedad (m/s2
)
Ahora se determina el valor del NPSHd por medio de la siguiente ecuación:
N
M
s
Hd
Pv
Pa
NPSHd 



















 ,


(20)
Donde:
NSPHd: Cabeza neta de succión positiva disponible (m)
Pa /  : Presión barométrica corregida en el sitio (m)
Pv /  : Presión de vapor a la temperatura indicada (m)
Hd,s : Altura dinámica de la succión (m)

38
M: Corrección por posibles depresiones barométricas (m)
N: Corrección por vacío imperfecto de las bombas (m)
5.7.10.1. Potencia del motor de la bomba
Para hallar la potencia del motor de la bomba es necesario primero
hallar la densidad relativa del agua, de la siguiente manera:
r


  (21)
Donde:
= Densidad relativa del agua
= Densidad del agua a la temperatura indicada (°C)
r= Densidad del agua a 4°C
Adicionalmente es necesario que el fabricante proporcione el valor de la
eficiencia de la bomba ().
La potencia del motor se halla entonces, de la siguiente manera:













75
*
100
*
*

Hd
Qi
g
P (22)
Donde:
P= Potencia del motor (HP)
g= Aceleración de la gravedad (m/s2
)
Qi= Caudal en la impulsión (l/s)
Hd=Altura dinámica total (m)
= Eficiencia de la bomba (%)
5.7.10.2. Verificación de la cavitación en el sistema
En la “Curva Característica de la Bomba" se proporcionan datos sobre la
eficiencia óptima del motor y la "Cabeza Neta de Succión Positiva
Requerida" (NPSHr), a partir de estos, se puede verificar la cavitación
con la siguiente relación:
NPSHr
NPSHd
C 
 (23)
Si C > 0: "No se genera cavitación"
Si C < 0: "Se genera cavitación"

39
5.7.10.3. Golpe de Ariete
Un efecto que comúnmente se presenta en los sistemas de bombeo es
el conocido como "Golpe de Ariete", el cual es una sobrepresión que se
genera en la tubería de impulsión, debido principalmente a los
eventuales cortes de energía eléctrica o a la suspensión del flujo. Por lo
anterior, se procederá a calcular el efecto, para conocer la resistencia
que debe tener la tubería en los puntos críticos donde se presente dicho
fenómeno de sobrepresión.
Para determinar el Golpe de Ariete se deben considerar los siguientes
factores:
 Velocidad del sonido en el agua (V,w)
 Módulo de elasticidad del agua (Ew)
 Material de la tubería de impulsión
 Diámetro de la tubería de impulsión (Øi)
 Espesor pared tubería de impulsión (e) (Valor suministrado por el
fabricante)
 Modulo de elasticidad de la tubería (E)
 Velocidad del agua en la impulsión (Vi)
 Aceleración de la gravedad (g)
 Altura estática de impulsión (hi)
Con los valores anteriores, es necesario hallar la velocidad de la onda de
presión (Vp) de la siguiente manera:
















2
1
*
*
*
1
e
E
i
Ew
Vw
Vp

(24)
También se debe hallar la sobrepresión producida por el golpe de ariete
con la siguiente ecuación:









g
Vp
Vi
S
*
(25)
Ahora, la presión obtenida cuando ocurra golpe de ariete se calcula con
la ecuación 26, (de acuerdo con el Literal B.8.5.7 del RAS 2000)
 
S
hi
P 
 (26)

40
6. METODOLOGÍA
Para la elaboración del proyecto se escogió La Institución Educativa María Auxiliadora, la
cual está ubicada en el centro del Municipio de Caldas, y pertenece al estrato 3. En la
actualidad cuenta con 1300 personas entre estudiantes, profesores y empleados. La
institución cuenta con servicios de agua potable, alcantarillado y electricidad, los cuales
son prestados por Las Empresas Públicas de Medellín y son pagados por el Municipio de
Caldas.
La infraestructura de la Institución está compuesta por dos pisos, los cuales cuentan con:
 17 aulas
 Aula de cómputo
 Laboratorio
 Oficina de rectoría
 Oficina de coordinación
 2 oficinas de secretaría
 Sala de profesores
 Patio de restaurante
 3 patios de recreación
 Patio para tenis de mesa
 Cocina
 Cafetería
 Sala de materiales
 Sala de materiales de danza
 29 baños, distribuidos de la
siguiente manera:
 12 baños de niñas
 12 baños de niños + 5 orinales
 5 baños adicionales
En total la institución cuenta con un área de 3708m2
entre los dos pisos, y un área útil de
techos de 1667m2
, pero no existen jardines, por lo que se omitirá el uso de riego de
jardines del diseño.
6.1. Componentes del Sistema
Los componentes utilizados para el desarrollo del diseño son los descritos en el marco
teórico, pero debido a que el diseño no contempla el consumo humano como uso principal
del agua lluvia captada y como la precipitación de la zona es alta y constante, la
contaminación de los techos se estará removiendo continuamente, por lo tanto se omitirá
el componente del filtro para éste trabajo, pues al garantizar que el agua de las primeras
lluvias se intercepte y no sea almacenada, el agua podrá ser utilizada para los usos no
potables mencionados sin afectar las condiciones hidráulicas ni los materiales de los
aparatos sanitarios o del sistema de bombeo. En caso de que en un futuro se quiera
aprovechar las aguas lluvias para consumo humano, se debe instalar entonces, un
sistema de filtración, seguido de un sistema de tratamiento (desinfección). De ésta
manera, los componentes seleccionados y su descripción se detallan a continuación:
6.1.1. Captación
En este caso la captación se realizará en los techos de la Institución Educativa,
los cuales tienen adecuada pendiente (20%) y superficie que facilitan el
escurrimiento del agua lluvia hacia el sistema de recolección.
El material de los techos de la Institución Educativa son las tejas de arcilla, las
cuales tienen la ventaja de tener una buena superficie y ser de bajo costo, pero si

41
se encuentran en mal estado podrían afectar el coeficiente de escorrentía y
aumentar los sólidos arrastrados por el agua, hacia el sistema de recolección.
La geometría de los techos de la Institución, de acuerdo con los planos
existentes, se asemeja a la representada en la Figura 6b).
6.1.2. Recolección y Conducción
La Institución ya cuenta con canaletas tipo Raingo® (Figura 7d) y bajantes en
PVC de 4”, que recolectan y conducen el agua lluvia por todos los techos hacia el
alcantarillado, por lo tanto para éste diseño no se tendrá en cuenta la instalación
de nuevas canaletas, pero sí se complementarán los bajantes para conducirlos
hacia el tanque de almacenamiento. Adicionalmente se instalará en las canaletas,
una malla que retenga los sólidos más gruesos como las hojas, lo palos, entre
otros (Figura 7c).
6.1.3. Interceptor de Primeras Aguas
El diseño del interceptor propuesto consta de un tanque, de dimensiones
determinadas según el modelo de cálculos mencionado en el marco teórico, al
cual entrará el agua por medio de un bajante unido a las canaletas. El tanque
interceptor contará con una válvula de flotador que permitirá su llenado, cuando
éste alcance el nivel deseado, la válvula impedirá el paso del agua hacia el
interceptor y la dirigirá hacia el tanque de almacenamiento. Adicionalmente
contará con una válvula de purga en la parte inferior del tanque para hacer el
mantenimiento después de cada lluvia.
6.1.4. Almacenamiento
El tanque de almacenamiento a diseñar será rectangular y en concreto reforzado.
Las dimensiones se especifican en el modelo de cálculos y en los resultados, de
acuerdo con el volumen de agua lluvia captado.
6.1.5. Red de Distribución y Sistema de Bombeo
Esta red debe ir paralela a la red de acueducto, pero debido a la poca información
suministrada por la Institución acerca de las redes de acueducto, la red de
distribución de agua lluvia será supuesta, de acuerdo con la ubicación del tanque
de almacenamiento y el sistema de bombeo. Para éste diseño dicha red sólo
llegará a los puntos hidráulicos donde se utilizará el agua lluvia, es decir,
sanitarios, orinales y lava-escobas, pero la red existente que abastece dichas
unidades continuará suministrando agua potable, en los meses en los que el agua
lluvia no alcanza a cubrir la demanda completa, así que deberá protegerse la red
de suministro de agua potable con una válvula de cheque para evitar que el agua
lluvia se mezcle con el agua potable.
El sistema de bombeo se especifica en el modelo de cálculos y en los resultados.
El agua bombeada se distribuirá hacia las unidades sanitarias mencionadas

42
anteriormente. La bomba a utilizar será de succión negativa, por lo tanto es
necesario que la tubería de succión esté al menos 50cm por encima del fondo del
tanque para evitar el arrastre de material sedimentado.
6.2. INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA
La información recolectada de precipitación para el Municipio de Caldas, fue obtenida
de la Estación agrometeorológica La Salada del IDEAM. Los datos analizados
corresponden a los años 1998 hasta 2008, periodo mínimo recomendado, según el
CEPIS[6,7], para realizar el diseño. Adicionalmente para el periodo mencionado se
presentaron fenómenos de El Niño y La Niña, los cuales se resumen en la Tabla 1.
6.3. MODELO DE CÁLCULOS
Los parámetros básicos que se tuvieron en cuenta para el desarrollo del diseño fueron
los siguientes, según la metodología mencionada en el marco teórico:
• Número de personas en la institución educativa (Nu)= Aunque en la institución hay
1300 personas, se debe tener en cuenta que durante las épocas de vacaciones
este valor disminuye, por lo tanto la demanda varía para los meses de diciembre,
enero, junio y julio, en los cuales se tienen en cuenta 520 personas y en octubre y
marzo (suponiendo marzo como mes constante de semana santa) se tomarán 997
personas.
• Tipo de material del área de captación: Tejas de arcilla
• Coeficiente de escorrentía (Ce)= 0.8 (CEPIS [6])
• Dotación para alumno externo (Dot)= 40 L/hab/día (Melguizo [23])
• Área de captación (Ac)= 1447 m2
(área necesaria para abastecer la demanda, la
cual es menor al área útil de techos). Las áreas captadas se muestran en el plano
anexo.
La determinación de la precipitación promedio mensual, la demanda (total y
acumulada), la oferta (total y acumulada), el volumen de almacenamiento, el potencial
de ahorro de agua potable y la red de distribución con su sistema de bombeo, fueron
calculados siguiendo las ecuaciones 1 a la 26, planteadas en el modelo de cálculos
del marco teórico.
Para el sistema de bombeo se propone utilizar una bomba de succión negativa, la cual
bombeará el caudal requerido para el funcionamiento de los aparatos sanitarios. El
sistema propuesto está representado con la Figura 11.

43
Figura 11. Sistema de bombeo
Fuente: Notas de clase “Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias”. Universidad de Antioquia.
2007.

44
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Debido a la buena disponibilidad de aguas lluvias presente en el municipio de Caldas, la
adecuada área de captación y el espacio disponible para realizar el proyecto, se
presentan a continuación los resultados obtenidos de la precipitación promedio de la zona
para los años 1998 a 2008, y los cálculos para cada uno de los componentes del sistema,
de acuerdo con la metodología descrita anteriormente.
Los valores de consumo y costo de agua potable para la institución evaluada son los
siguientes.
Tabla 3. Valores de consumo y costo de agua potable, de seis meses, en la
Institución Educativa María Auxiliadora.
MES
CONSUMO AGUA
POTABLE (m
3
)
COSTO POR CONSUMO
AGUA POTABLE ($)
COSTO DEL AGUA POR
METRO CÚBICO ($)
Junio 457 491.657 1075,84
Julio 418 450.287 1077,24
Agosto 369 398.331 1079,49
Septiembre 490 526.631 1074,76
Octubre 539 578.587 1073,45
Noviembre 462 496.941 1075,63
Promedio 455,8 490.405,7 1075,92
Fuente: Elaboración propia según facturación EPM Junio-Noviembre 2009.
7.1. Precipitación promedio mensual (Ppi)
De acuerdo con la ecuación 1, la precipitación promedio mensual (sin tener en cuenta
la evaporación), expresada en mm, equivale a la precipitación promedio mensual en
litros por metro cuadrado, pues se requiere de 1mm de agua para mojar 1m2
de área
(Hernández [18]). Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 5.
Los periodos en los cuales se presentaron fenómenos hidrológicos de El Niño y La
Niña se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 4. Fenómenos de El Niño y La Niña entre 1998 y 2008
FENÓMENO INICIA FINALIZA
El Niño Enero 1998 Junio 1998
La Niña Junio 1998 Marzo 2001
El Niño Abril 2002 Abril 2003
El Niño Mayo 2004 Marzo 2005
El Niño Julio 2006 Febrero 2007
La Niña Agosto 2007 Junio 2008
Fuente: Elaboración propia a partir de datos del National Oceanic and Atmospheric
Administration- NOAA[9].

45
Tabla 5. Valores de precipitación promedio mensual en litros por metro
cuadrado para los 10 años analizados
MES Ppi (L/m
2
)
Enero 117,68
Febrero 147,69
Marzo 236,55
Abril 309,85
Mayo 368,07
Junio 227,40
Julio 190,80
Agosto 198,29
Septiembre 323,43
Octubre 343,77
Noviembre 275,44
Diciembre 199,49
Promedio anual 2938,4
Fuente: Elaboración propia según datos pluviométricos de la Estación La Salada, Caldas,
años 1998-2008.
Figura 12. Precipitación promedio mensual durante 10 años (sin
evaporación).
Fuente: Elaboración propia

46
Los datos analizados muestran que en promedio, el mes más lluvioso del año es
mayo, con valores superiores a los 350mm al mes y que el mes más seco es enero.
Para la determinación de los parámetros mencionados en el marco teórico, y lograr
obtener adecuadamente el volumen de almacenamiento de agua lluvia y el potencial
de ahorro de agua potable, según la metodología del CEPIS [6,7], se debe distribuir la
precipitación ubicando en la fila superior el mes de mayor lluvia durante los 10 años
evaluados y se continua con el orden regular de los meses siguientes. La oferta de
agua lluvia se calculó teniendo como base un área de captación de 1447m2
, esto
debido a que si se captaba la totalidad del área útil (1667m2
), los volúmenes de
almacenamiento serían muy grandes y habría un sobredimensionamiento del sistema
con respecto a la demanda, por lo tanto, la definición del área de captación se realizó
tanteando la capacidad máxima de almacenamiento de acuerdo con el área
disponible dentro de la instalación. Las áreas de los techos a captar, son mostradas
en el plano anexo. La determinación de la demanda acumulada y de la oferta
acumulada se realizó según el procedimiento descrito anteriormente, en el que la
diferencia entre estos dos parámetros arroja los valores del volumen almacenado
durante cada mes. A continuación se presentan los resultados obtenidos.
Tabla 6. Resultados de precipitación promedio mensual, demanda y oferta
mensual, demanda y oferta acumulada, volúmenes de almacenamiento y
potencial de ahorro de agua potable.
Mes
Ppi
(L/m
2
)
Días
mes
Demanda,
Di Dai
(m3/mes)
Oferta, Ai
(m
3
/mes)
Aai
(m
3
/mes)
Volumen,
Vi
(m
3
/mes)
PPWS (%)
(m
3
/mes)
Mayo 368,07 31 390,0 390,0 418,84 418,84 28,84 107,39
Junio 227,40 30 156,0 546,0 258,76 677,60 131,60 124,10
Julio 190,80 31 156,0 702,0 217,11 894,71 192,71 127,45
Agosto 198,29 31 390,0 1092,0 225,63 1120,34 28,34 102,60
Septiembre 323,43 30 390,0 1482,0 368,03 1488,38 6,38 100,43
Octubre 343,77 31 299,1 1781,1 391,19 1879,56 98,46 105,53
Noviembre 275,44 30 390,0 2171,1 313,43 2192,99 21,89 101,01
Diciembre 199,49 31 156,0 2327,1 227,00 2419,99 92,89 103,99
Enero 117,68 31 156,0 2483,1 133,91 2553,90 70,80 102,85
Febrero 147,69 28 390,0 2873,1 168,05 2721,96 -151,14 94,74
Marzo 236,55 31 299,1 3172,2 269,18 2991,14 -181,06 94,29
Abril 309,85 30 390,0 3562,2 352,58 3343,72 -218,48 93,87
Promedio 104,85
7.2. Volumen de almacenamiento de agua lluvia.
El volumen de almacenamiento mensual se presenta en la Figura 13.

47
Figura 13. Volúmenes de almacenamiento de agua lluvia, por mes.
Fuente: Elaboración propia de acuerdo con los resultados de la Tabla 6.
La figura 13 muestra los diferentes volúmenes para cada mes. Los colores naranja
son los volúmenes remanentes luego de la captación y del consumo, el color verde es
el volumen más alto en el año y el que indica el tamaño del tanque de
almacenamiento, y los colores amarillos son los meses en los que la demanda es
mayor al agua lluvia captada. Esos valores son los volúmenes que se deben cubrir
con agua potable, siempre y cuando las condiciones hidrológicas continúen similares
a las descritas en la Tabla 4, en donde se observa que en la mayoría de los años se
presenta fenómeno de pocas lluvias (El Niño), pero en caso de haber una mayor
precipitación debida al fenómeno de La Niña, estos volúmenes podrían recolectarse
sin necesidad de cubrir la demanda faltante con agua potable.
De acuerdo con los resultados de la Tabla 6 y la Figura 13, de los 12 meses del año,
únicamente durante tres (3) meses la demanda es mayor a la oferta acumulada, así
los resultados del volumen de almacenamiento dan valores negativos, por tal razón
durante dichos meses se utilizará toda el agua lluvia almacenada y se cubrirá la
demanda faltante con agua potable; pero en los nueve (9) meses restantes se
observa que la oferta es mucho mayor que la demanda, lo que indica en primera
instancia que el proyecto es viable para un ahorro alto de agua potable.
Según los parámetros establecidos, el volumen de almacenamiento del tanque es el
mayor valor obtenido de la acumulación de agua lluvia, es decir, el mayor volumen
acumulado equivale al mes de julio con un valor de 192.71m3
. Este volumen permitirá

48
abastecer a la institución durante nueve (9) meses. Para los demás meses se
completará el consumo con agua potable, como se mencionó anteriormente.
Para efectos constructivos se propone construir un tanque enterrado de 200m3
en
concreto reforzado, en la zona del actual patio de la Institución (ver plano anexo),
pero estará cubierto de manera que no interfiera con las actividades que se realizan
en dicho patio. Adicionalmente, de acuerdo con los parámetros ya mencionados,
tendrá una profundidad útil de agua de 2.0m para evitar sobrepresiones, por lo tanto
las dimensiones del tanque rectangular serían 8.0m ancho x 12.5m largo x 2.0m
profundidad, más 0.3m de borde libre sobre el nivel del agua.
7.3. Potencial de Ahorro de Agua Potable
Éste parámetro indica qué porcentaje de la demanda será cubierto con el agua lluvia,
y en cuáles meses será necesario complementar el consumo con agua potable. Según
los resultados de la Tabla 6 y la Figura 14, durante nueve (9) meses del año la
demanda estará totalmente cubierta por el agua lluvia (coincidiendo con los resultados
del volumen de almacenamiento), inclusive con valores mucho mayores a los de la
demanda, esos “excesos” son los que quedarán acumulados para ser utilizados en
meses siguientes. Y en los tres (3) meses en los que no se abarca totalmente la
demanda, los valores son muy cercanos al 100%. En promedio el 104,85% de la
demanda será cubierta por agua lluvia, lo cual representa un valor muy alto que
permite la justificación técnica de éste proyecto.
Figura 14. Potencial de Ahorro de Agua Potable, por mes.
Fuente: Elaboración propia de acuerdo con los resultados de la Tabla 6.

49
7.4. Interceptor de las primeras aguas
El interceptor de las primeras aguas se calculó de acuerdo con el área de captación y
el volumen de agua lluvia requerido para el lavado de cada metro cuadrado del techo,
por tal razón, de acuerdo con la ecuación 9, para un área de 1447m2
, el volumen de
agua lluvia que no será almacenado es de 1447 litros, lo que equivale a un tanque de
1500 litros. Debido a que éste volumen no es comercial, se instalará un tanque
plástico de 2000L, el cual tendrá un sistema de válvula flotante que indicará el nivel
requerido (1500L) y que permitirá el llenado del tanque de almacenamiento cuando se
alcance dicho nivel. Éste interceptor se ubicará a la entrada del tanque de
almacenamiento, a nivel del suelo del patio.
7.5. Red de distribución
La red de distribución se calculó utilizando el método de Certeza Total, como se
mencionó anteriormente y los resultados se presentan en la siguiente tabla. La
ubicación de los tramos y de las redes se muestra en el plano anexo. El punto „A‟
indica el lugar de bombeo hacia los diferentes puntos de abastecimiento. El caudal
total requerido para el funcionamiento de los sanitarios y los lava-escobas es la suma
de los caudales de los tramos A-C y A-B y el diámetro del tramo es obtenido a partir
de la Tabla 1 de “Fundamentos de Hidráulica e Instalaciones de Abasto en las
Edificaciones. Segunda parte.” Samuel Melguizo. Pág 119.
Tabla 7. Dimensionamiento de las redes de distribución.
Baños Tramos Aparato n
Qi
(L/s)
Gasto
Max.
Posible
GMP (L/s)
Diámetro
(Pulgadas)
Longitud
1, 3 y 6
E-F Inodoro tanque 4 0,15 0,6 0,6 3/4" 6,0
E-B Inodoro tanque 5 0,15 0,75 0,75 1" 33,0
C-D
Inodoro tanque 6 0,15 0,9
1,2 1 1/4" 4,0
Lava-escobas 1 0,3 0,3
B-C
2,4 1 1/2" 2,0
A-C
3,15 2" 4,0
2, 4 y 5
C-D Inodoro tanque 5 0,15 0,75 0,75 3/4" 2,0
B-C
Inodoro tanque+
orinales
11 0,15 1,65 1,65 1 1/4" 33,0
A-B
2,85 2" 17,0
GMP Total 6
7.6. Sistema de bombeo
El diseño del sistema de bombeo se puede resumir en la Tabla 8:

50
Tabla 8. Dimensionamiento del sistema de bombeo
DESCRIPCIÓN VALOR
Tipo de bomba Succión negativa
Caudal de bombeo 6,0 L/s
Diámetro de la succión 4 pulg.
Diámetro de la impulsión 3 pulg.
Material tubería de succión PVC
Coeficiente de rugosidad succión 140
Material tubería de impulsión PVC
Coeficiente de rugosidad impulsión 140
Velocidad en la succión 0,74 m/s
Velocidad en la impulsión 1,32 m/s
Altura estática de succión 1,5 m
Altura estática de impulsión 6,5 m
Altura dinámica de succión 1,6 m
Altura dinámica de impulsión 10,0 m
Altura dinámica total 11,6 m
Cabeza neta de succión disp. 4,2 m
Cabeza neta de succión requerida 3,0 m
Eficiencia teórica de la bomba 65,0 %
Potencia requerida del motor 5 HP
Golpe de ariete 53,6 m
7.7. Cantidades de obra y presupuesto
Debido a la poca información obtenida en planos sobre la Institución, especialmente
sobre las redes de acueducto, se presenta a continuación un presupuesto aproximado
del valor del proyecto.
Tabla 9. Cantidades de obra y presupuesto para el sistema de aprovechamiento de
aguas lluvias
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANTIDAD
VALOR
UNITARIO
($)
VALOR
TOTAL ($)
1 TANQUE ALMACENAMIENTO
1.1 Replanteo día 1,0 150.000 150.000
1.2 Rotura y retiro de pavimento rígido m
3
15,0 80.000 1.200.000

51
1.3
Excavación manual en material común húmedo 0-
2 m
m
3
200,0 8.000 1.600.000
1.5 Entibado temporal 0-2 m m
2
250,0 12.000 3.000.000
1.6 Llenos con material selecto de la excavación m
3
140,0 5.000 700.000
1.7
Llenos compactado mecánicamente con material
de préstamo (con densidad > 90% del Proctor
Modificado)
m
3
60,0 45.000 2.700.000
1.8 Regada de material excedente de la excavación m
3
60,0 10.000 600.000
1.9 Entresuelo en piedra para afirmado e = 0,20 m m
3
20,0 50.000 1.000.000
1.10 Solado en Concreto f¨c =140 Kg/cm
2
e= 0,05 m m
3
3,3 160.000 533.333
1.11
Concreto f¨c =245 Kg/cm
2
para losas de fondo
incluye impermeabilizante y aditivos de fraguado
m
3
25,0 480.000 12.000.000
1.12
2
para muros, incluye
formaleteria e impermeabilizante
m
3
25,6 520.000 13.325.000
1.13
2
para tapas, incluye
formaleteria e impermeabilizante
m
3
25,0 520.000 13.000.000
1.14
Acero de refuerzo fy = 60.000 p.s.i. (norma NTC
2289)
kg 7.593,8 4.200 31.893.750
1.15
Cinta PVC de e = 22 cm para juntas de
construcción
ml 41,0 32.000 1.312.000
SUBTOTAL TANQUE ALMACENAMIENTO 83’014.083
2 INTERCEPTOR DE PRIMERAS AGUAS
2.1 Tanque interceptor de 2000 L un 1,0 520.000 520.000
2.2 Válvula de bola tipo llave de 1/2" un 1,0 15.000 15.000
2.3 Válvula flotador 2" un 1,0 170.000 170.000
SUBTOTAL INTERCEPTOR 705.000
3 SISTEMA DE BOMBEO
3.1
Motobomba centrífuga horizontal de uso general
marca IHM de la serie HY - FLO
un 1,0 1.712.640 1.712.640
3.2
Tanque metálico con membrana para equipo
hidrofló marca IHM
un 1,0 1.472.280 1.472.280
3.3
Arrancador directo en caja plástica debidamente
alambrado, material Siemens o de similar calidad
para el trabajo de 1 motobomba con motor de
5.0HP/220V/3F/ (11-16A) 60Hz de incluyendo
contactor, relé bimetálico y botones star stop.
un 1,0 501.360 501.360

52
3.4
Accesorios normales de instalación para equipo
hidroflo incluyendo:
• 1 switch flotador para control de nivel
• 1 presóstato rango 40-60 PSI
• 1 manómetro
• 1 válvula cheque hidro 2”
• 2 válvulas paso libre Red White de 2” (succión,
descarga)
• 1 válvulas paso libre Red White de 1 1/2”
(tanque)
• 1 válvula de paso libre Red White de 1” (desagüe
tanque)
un 1,0 1.035.424 1.035.424
SUBTOTAL SISTEMA DE BOMBEO 4’721.704
4 SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y CONDUCCIÓN
4.1 Tubería ventilación PVC 4" para bajantes ml 24,0 45.000 1.080.000
4.2 Codos, semicodos, uniones glb 4,8 12.000 57.600
4.3 Pintura coraza gal 0,5 16.000 8.000
4.4 Brocha, Thinner glb 1,0 15.000 15.000
SUBTOTAL SISTEMA RECOLECCIÓN Y CONDUCCIÓN 1’160.600
5 RED DE DISTRIBUCIÓN
5.1
Suministro e instalación de Tubería presión PVC
3/4"
ml 8,0 7.510 60.080
5.2
1/2"
ml 35,0 7.500 262.500
5.3
1"
ml 33,0 8.400 277.200
5.4
Suministro e instalación de Tubería presión PVC 1
1/4"
ml 37,0 10.640 393.680
5.5
Suministro e instalación de Tubería presión PVC 1
1/2"
ml 2,0 12.190 24.380
5.6
2"
ml 4,0 15.750 63.000
5.7
Construcción de Cámara de aire para golpe de
ariete
un 60,0 12.000 720.000
5.8
Suministro e instalación de Salida de presión en
1/2"
un 29,0 30.000 870.000
5.9 Suministro e instalación de Válvula de cierre 1/2" un 33,0 40.000 1.320.000
5.10 Suministro e instalación de Válvula de cierre 1" un 6,0 58.000 348.000
SUBTOTAL SISTEMA DE RECOLECCIÓN Y CONDUCCIÓN 4’338.840
TOTAL COSTOS DIRECTOS 93’940.227
Fuente: Elaboración propia. Valores en pesos colombianos año 2009.

53
De acuerdo con los resultados de la Tabla 6, en los meses de febrero, marzo y abril se
debe cubrir la oferta faltante con agua potable, de ésta manera, teniendo un valor por
metro cúbico de agua potable de 1075,92 pesos (según valores de la Tabla 3), el pago
por estos tres meses sería el siguiente:
Tabla 10. Costo de agua potable para cubrir la demanda faltante
MES
VOLUMEN DE AGUA POTABLE
PARA CUBRIR LA DEMANDA (m
3
)
COSTO POR m3 AGUA
POTABLE ($/mes)
Febrero 151,14 162.615
Marzo 181,06 194.806
Abril 218,48 235.067
TOTAL al año 550,68 592,488
Fuente: Elaboración propia. Valores en pesos colombianos año 2009.
Así, considerando que en promedio la Institución paga 5‟884.868 de pesos anuales por el
servicio de acueducto (según valores de la Tabla 3), implementando el sistema de
aprovechamiento de aguas lluvias, se tendría que hacer una inversión inicial alta, de
acuerdo con la Tabla 9, lo que indicaría que en el primer año se debería pagar el costo
total de la obra civil más el valor del agua potable para cubrir la demanda de los tres
meses mencionados en la Tabla 8 (un total de 94‟532.715 pesos), es decir que para
implementar el sistema de aprovechamiento de agua lluvia, la inversión inicial se
recuperaría en 16 años aproximadamente.
Aunque ésta inversión inicial es alta, pueden existir diferentes opciones que permitan la
implementación del proyecto, de manera que la Alcaldía del Municipio, (por ser ésta quien
paga el servicio de agua potable), podría buscar financiación ante la Secretaría de
Educación de la Gobernación del Departamento, el Ministerio de Educación, ONG‟s
internacionales, o cualquier entidad que esté interesada en patrocinar éste tipo de
proyectos para lograr su implementación. Así el presupuesto de la Institución, ni el de la
Alcaldía estarían comprometidos y adicionalmente dejarían de pagarse los seis (6)
millones aproximados al año por agua potable.

54
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos se puede decir que el proyecto cumple el
objetivo general en cuanto a que es técnicamente viable para hacer un uso eficiente del
agua dentro de las instituciones educativas, pues con la precipitación de la zona y el
espacio disponible, se logra abastecer completamente los sanitarios y lava-escobas
durante nueve meses del año, y los tres meses restantes se abarca más del 90% de la
demanda, siendo necesario suplir menos del 10% con agua potable (de acuerdo con los
resultados de la Tabla 6 y la Figura 11), pero, la inversión inicial es muy alta, por lo que no
logra ser un sistema de bajo costo, lo que puede volverlo inaccesible si no se cuenta con
la adecuada financiación externa para desarrollar el proyecto.
Se debe tener presente que el sistema está diseñado para las condiciones hidrológicas
presentadas en las Tablas 4 y 5, en las cuales se detallan los fenómenos de El Niño y La
Niña y las precipitaciones correspondientes al periodo de diseño seleccionado (10 años),
por lo tanto, el diseño puede variar si las condiciones no se asemejan a las presentadas
anteriormente, y el volumen posible de ser captado puede ser mayor o menor,
dependiendo de estos factores.
Debido a la poca información disponible sobre las redes de la Institución, la ubicación de
buitrones y lava-escobas fue supuesta para desarrollar el diseño, se recomienda
entonces, hacer el levantamiento de las redes de acueducto, para tener mayor precisión
en el trazado de la red de distribución.
Debido a que éste proyecto consiste únicamente en la ingeniería conceptual de un
sistema de aprovechamiento de aguas lluvias, no se tiene nivel de los detalles de
instalación y construcción del sistema, por lo que para su implementación se recomienda
hacer levantamientos en campo para la cuantificación exacta de los componentes del
sistema y su ubicación.

55
9. BIBLIOGRAFÍA
1. Abdulla, F.A. and Al-Shareef, A. Assessment of rainwater roof harvesting systems for
household water supply in Jordan. October, (2006), 291-300.
2. Abdulla, F.A. and Al-Shareef, A. Roof rainwater harvesting systems for household water
supply in Jordan. Desalination 243, 1-3 (2009), 195-207.
3. Ballén S., J.A., Galarza G,, M.A., and Ortiz M., R.O. Sistemas de Aprovechamiento de
Agua Lluvia para Vivienda Urbana. VI SEREA - Seminário Iberoamericano sobre Sistemas
de Abastecimento Urbano de Água., (2006).
4. Ballén S., J.A., Galarza G., M.A., and Ortiz M., R.O. Historia de los Sistemas de
Aprovechamiento de Agua Lluvia. VI SEREA - Seminário Iberoamericano sobre Sistemas
de Abastecimento Urbano de Água., (2006).
5. Base Sólida. Municipio de Caldas. 2009.
http://www.caldasantioquia.gov.co/Sitio/Index.asp?LANG=&IP=6.
6. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente., Organización
Panamericana de la Salud, and Organización Mundial de la Salud. Especificaciones
Técnicas Captación de Agua de Lluvia para Consumo Humano. 2003.
7. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente., Organización
Panamericana de la Salud, and Organización Mundial de la Salud. Guía de diseño para
captación del agua de lluvia. 2004.
8. Cheng, C. and Liao, M. Regional rainfall level zoning for rainwater harvesting systems in
northern Taiwan. Resources, Conservation and Recycling 53, 8 (2009), 421-428.
9. Climate Prediction Center Internet Team. National Water Service. Climate Prediction
Center. http://www.cpc.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml.
10. Corcho R., F.H. and Duque S., J.I. Acueductos Teoría y Diseño. Universidad de
Medellín, Medellín, 1993.
11. Departamento Nacional de Planeación. Determinación de los consumos básicos de
agua potable en Colombia. 1991.
12. Departamento Nacional de Planeación. Conpes Social 91. “Metas y estrategias de
Colombia para el logro de los Objetivos Del Milenio- 2015”. 2005.
13. Dirección de Agua Potable y Saneamiento Básico. Reglamento Técnico del Sector de
Agua Potable y Saneamiento Básico- RAS 2000. Título B. Sección II. Sistemas de
Acueducto. 2000, 206.

56
14. Evans, C.A., Coombes, P.J., and Dunstan, R.H. Wind, rain and bacteria: The effect of
weather on the microbial composition of roof-harvested rainwater. Water research 40, 1
(2006), 37-44.
15. Fewkes, A. The use of rainwater for WC flushing: the field testing of a collection
system. Building and Environment 34, (1999), 765-772.
16. Ghisi, E., Bressan, D., and Martini, M. Rainwater tank capacity and potential for
potable water savings by using rainwater in the residential sector of southeastern Brazil.
Building and Environment. 42, 4 (2007), 1654-1666.
17. Ghisi, E. Potential for potable water savings by using rainwater in the residential sector
of Brazil. Building and Environment 41, 11 (2006), 1544-1550.
18. Hernández M., F. Captación de agua de lluvia como alternativa para afrontar la
escasez del recurso. Manual de capacitación para la participación comunitaria.
19. Herrmann, T. and Schmida, U. Rainwater utilisation in Germany: effi•ciency,
dimensioning, hydraulic and environmental aspects. Urban Water. 1, 1999 (2000), 307-
316.
20. Instituto De Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales. Estudio Nacional del
Agua. 2000.
21. Instituto de Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales. Informe Anual sobre el
Estado del Medio Ambiente y los Recursos Naturales Renovables en Colombia. Estudio
Nacional del Agua Relaciones de demanda de agua y oferta hídrica. 2008.
22. Lara B, A.J., Torres A., A.E., Campos P., M.C., Duarte C., L., Echeverri R., J.I., and
Villegas G., P.A. Aprovechamiento del agua lluvia para riego y lavado de zonas duras y
fachadas en el campus de la Pontificia Universidad Javeriana (Bogota). 2 (2007), 193-202.
23. Melguizo B., S. Fundamentos de Hidráulica e Instalaciones de Abasto en las
Edificaciones. Primera parte. Centro de publicaciones Universidad Nacional., Medellín,
1977.
24. Melguizo B., S. Fundamentos de Hidráulica e Instalaciones de Abasto en las
Edificaciones. Segunda parte. Centro de publicaciones Universidad Nacional., Medellín,
1980.
25. Naciones Unidas. El agua, una responsabilidad compartida. 2do informe de las
Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos del mundo. Confluencia
Revista Hispanica De Cultura Y Literatura, 2006.
26. Nolde, E. Possibilities of rainwater utilisation in densely populated areas including
precipitation runoffs from traffic surfaces. Desalination 215, 1-3 (2007), 1-11.

57
27. Sazakli, E., Alexopoulos, A., and Leotsinidis, M. Rainwater harvesting, quality
assessment and utilization in Kefalonia Island, Greece. Water research 41, 9 (2007),
2039-47.
28. Silva G., L.F. Diseño de Acueductos y Alcantarillados. Bogotá, D.C., 1970.
29. Su, M., Lin, C., Chang, L., Kang, J., and Lin, M. A probabilistic approach to rainwater
harvesting systems design and evaluation. Resources, Conservation and Recycling 53, 7
(2009), 393-399.
30. Veenhuisen, R. and Prieto C., M. Manual de Captación y Aprovechamiento del Agua
de Lluvia. Experiencias en América Latina. Serie: Zonas Áridas y Semiáridas N° 13. 1991,
1-5.
31. Villareal, E. and Dixon, A. Analysis of a rainwater collection system for domestic water
supply in Ringdansen, Norrköping, Sweden. Building and Environment 40, 9 (2005), 1174-
1184.
32. Water Texas Development Board. The Texas Manual on Rainwater Harvesting.
Development, 2005.

ANEXOS
PLANO DE LA INSTITUCIÓN, PRIMER PISO

59
PLANO DE LA INSTITUCIÓN, SEGUNDO PISO

60
PLANO DE LA INSTITUCIÓN, TECHOS

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