El Programa Cal Poly Humboldt Dominicana, para el verano de 2012, se ha asociado con la Universidad Iberoamericana (UNIBE), RevArk y miembros de la comunidad de La Yuca para mejorar el sistema de captación de agua de lluvia que se construyó durante el Programa Humboldt State Dominicana 2011. El programa tiene lugar en Santo Domingo, República Dominicana. El sistema de captación de agua de lluvia de 2011 se usa con frecuencia en La Yuca para proporcionar agua para la limpieza, pero el sistema tenía problemas para producir agua potable. Un grupo de 6 personas trabajó en la mejora del sistema de captación de agua de lluvia de La Yuca desde 2011. Este grupo estaba formado por Katy Castillo, Cheyenne Celada , Rosa Anali Guzman Molina , Erinn Parrish , Jesse Shrader y Estaban Wick.. El objetivo de nuestro grupo era mejorar la calidad de la filtración del agua para que la captación de agua de lluvia pueda ser utilizada para abastecer de agua potable a la escuela secundaria en La Yuca. Se estima que el sistema actualizado ahorrará un estimado de RD $ 300 semanalmente. El sistema también se simplificó y se hizo más accesible para fines de mantenimiento. La participación de los miembros de la comunidad de La Yuca y los estudiantes de UNIBE asegura que el sistema será más eficiente y que se mantendrá mucho después del final del programa.
Sumario
Definición del problema
El objetivo de este proyecto es proporcionar agua potable y agua para limpieza a bajo costo a la escuela local en La Yuca, Santo Domingo mediante el uso de captación de agua de lluvia. Reemplazar el agua comprada con agua capturada puede permitir que se asignen fondos para otros servicios importantes.
Criterios
Criterios es una compilación de objetivos que son necesarios para llegar a un diseño final. Estos criterios están diseñados para asegurar que el proyecto cumpla con lo que quiere la comunidad de La Yuca.
| Criterios | Peso | Restricciones |
|---|---|---|
| Estética | 3 | Debe ser aceptable para el cliente. |
| Facilidad de mantenimiento | 8 | El mantenimiento debe ser simple, rápido y comprensible |
| Seguridad | 10 | Debe ser seguro para que los niños jueguen. El agua debe ser potable. |
| reproducibilidad | 9 | Debe ser replicable en situaciones similares con modificaciones menores. |
| Adaptabilidad | 8 | Debe ser flexible a los cambios deseados por el usuario |
| Costo de reproducción | 9 | Debe ser menos de $ 1000 EE.UU. |
| costo de I + D | 3 | Debe ser menos de $ 1000 EE.UU. |
| costo de operación y mantenimiento | 10 | Debe ser menos que comprar la misma cantidad de agua potable |
| Valor educativo | 9 | Puede ser utilizado para lecciones por profesores. |
| Durabilidad | 9 | Debe soportar fuertes tormentas tropicales. |
Revisión de literatura
El techo
El tamaño del techo puede influir en gran medida en la cantidad de agua de lluvia que se puede recolectar. El uso de un techo de metal es mejor que un techo texturizado, porque la superficie lisa de un techo de metal ayuda a que el polvo y los escombros se deslicen fácilmente del techo. La capacidad del metal para conducir el calor del sol permite que un techo de metal elimine algunas bacterias y otros patógenos en el techo.
Es importante tener en cuenta que ciertos metales utilizados en los techos pueden filtrar sustancias químicas tóxicas al agua. Se deben evitar los techos construidos con betún porque el betún está directamente relacionado con efectos adversos para la salud y también puede dejar sabores indeseables. También se deben evitar los materiales para techos de aluminio. La filtración de aluminio en el agua se ha relacionado con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. El aluminio se usa comúnmente como material para techos, y la construcción de sistemas de captación de agua de lluvia con aluminio a menudo se cuestiona debido a los riesgos para la salud. Si bien se sabe que el zinc filtra toxinas, la cantidad de zinc presente en un techo de acero galvanizado no es suficiente para representar una amenaza para la salud.
Los efectos del óxido se pueden limitar con la selección correcta de material para techos. Reducir la cantidad de óxido que se puede formar en el techo de captación mejorará la calidad del agua y puede reducir los costos de operación y mantenimiento. Los metales que pueden oxidarse rápidamente pueden tener un impacto negativo en un sistema y prolongar el tiempo de recuperación del sistema. [1]
el canalón
El canalón se utiliza para transportar el agua desde la superficie de captación hasta la primera descarga. La eficiencia con la que la canaleta recoge el agua de escorrentía del techo depende de la ubicación de la canaleta. Si la pendiente de la canaleta es demasiado empinada, parte del agua de escorrentía fluirá sobre la canaleta. Si se nivela la pendiente de la canaleta, no toda el agua de escorrentía fluirá fuera de la canaleta hacia la malla primaria. El agua que se deja reposar en la canaleta formará agua estancada que representará un riesgo de producir larvas de mosquitos y crecimiento de algas. Es una precaución útil colocar una tapa en el extremo del canalón para que los roedores y otros animales pequeños no puedan ingresar al sistema.
Los canalones de aluminio sin juntas son sostenibles para el sistema. Sin embargo, estos canalones no son rentables para el sistema; por lo general requieren una instalación profesional a precios elevados. Las canaletas de plomo nunca son buenas para la recolección de agua de lluvia. Los niveles ácidos presentes en la lluvia son lo suficientemente fuertes como para deteriorar las canaletas de plomo con el tiempo y provocar la filtración de plomo en el sistema, contaminando todo el suministro de agua. [1]
Evaluación primaria
Para evitar la disminución de la calidad del agua en un sistema, es necesaria una evaluación primaria. La criba primaria es una malla que evita que entren escombros grandes al sistema de captación desde el techo. El uso de filtros primarios limita la probabilidad de que se formen obstrucciones, lo que provocaría que el agua se recolectara más lentamente. [1]
Primera descarga
Entre períodos de lluvia, contaminantes tales como escombros, contaminantes del aire, polvo, materia fecal animal y varias otras partículas se acumulan en la superficie de recolección. Durante los primeros minutos de lluvia, estos artículos se eliminarán de la superficie de recolección y entrarán al sistema. Los desechos y contaminantes que ingresan al tanque de almacenamiento disminuirán significativamente la calidad del agua y afectarán el proceso de hacer que el agua sea potable. Se usa un primer lavado para desviar esta agua contaminada lejos del tanque de almacenamiento. El sistema de La Yuca desvía el agua contaminada en un tramo de tubería que se tapa al final. Cuando la tubería se llena de agua, una bola cierra la parte superior de la tubería para que la lluvia adicional fluya directamente al tanque de almacenamiento de agua de lluvia. Existen diversas opiniones sobre la cantidad de volumen de agua de lluvia a desviar para la primera descarga.[1]
Para lavar con eficacia una superficie de recolección, se necesita una intensidad de lluvia de un décimo de pulgada de lluvia por hora para lavar un techo inclinado. Una superficie de recolección plana o casi plana requiere 0.18 pulgadas de lluvia por hora para un lavado efectivo de la superficie. El desvío recomendado de la primera descarga varía de uno a dos galones de desviación de la primera descarga por cada 100 pies cuadrados de área de recolección. [1]
Unidad de almacenamiento
El agua utilizable fluye sobre la primera descarga hacia la unidad de almacenamiento. Se puede utilizar un tanque o cisterna de almacenamiento como unidad de almacenamiento. La unidad de almacenamiento se utiliza para almacenar agua durante los períodos de lluvia, de modo que se pueda acceder al agua durante los períodos de poca o ninguna lluvia. Los tanques de almacenamiento suelen ser la parte más costosa del sistema. Por lo tanto, el cálculo del tamaño correcto de la unidad de almacenamiento necesaria para un sistema debe realizarse con precisión.
Para determinar el tamaño necesario de un tanque de almacenamiento considere:
- Tamaño del área de recolección
- Número de usuarios
- Tasa a la que se consume el agua
- Períodos entre lluvias
- Precipitación local y clima [2]
Filtración granular
La turbidez en ciertos niveles puede interferir con los procesos de desinfección posteriores. [3] Para reducir la turbidez en el agua recolectada, se utilizará un filtro granular de arena lenta. Por lo general, los medios de filtración granulares (por ejemplo, antracita, granate, arena) se colocan sobre medios de soporte y un sistema de recolección de agua (es decir, grava).
Los filtros lentos de arena tienden a no usar toda la profundidad del filtro tanto como otros tipos de filtros granulares, como los filtros rápidos de arena o multimedia de alta velocidad. Los filtros de arena lentos acumulan los constituyentes del agua en el nivel superior del filtro, que se conoce como schmutzdecke. El schmutzdecke se retira periódicamente ya que provoca una gran pérdida de carga.
Desinfección
Las partículas en suspensión son eliminadas por el filtro de sedimentos. El filtro de sedimentos evita que las partículas pequeñas que pasan a través de la criba primaria, como arena, polvo, partículas contaminantes del aire y pequeñas piezas de metal, entren en el filtro de carbón activado impregnado de plata. [4] El carbón activado tiene un área superficial muy alta y es ideal para la eliminación de constituyentes por adsorción. Se sabe que el carbón activado elimina los compuestos que causan el sabor y el olor de manera efectiva, así como algunos rastros orgánicos. [5]
cloración
El proceso de adición de cloro oxida las membranas celulares de los microbios destruyendo la posibilidad de contaminación. Al agregar cloro, se deben agregar 2 onzas líquidas (1/4 de taza) por cada 1,000 galones de agua de lluvia. [1]
Métodos alternativos de desinfección
Otros tipos de métodos de desinfección que se pueden utilizar para tratar microbios y patógenos presentes en el agua son:
- cloración
- monocloramina
- Dioxido de cloro
- Yodo
- Ozono
- Irradiación ultravioleta
- Filtración lenta de arena
- Intercambio iónico
- Osmosis inversa
- Destilación
- Filtración básica microporosa [1]
Pruebas
La prueba de la calidad del agua que sale del sistema debe realizarse con regularidad. Esto se puede hacer colocando muestras de agua en bolsas de plástico esterilizadas y llevándolas a un laboratorio de calidad de agua cercano para su análisis. Analizar la calidad del agua con regularidad ayudará a determinar cuándo será necesario desinfectar el sistema y el tanque de almacenamiento. [6]
Clima en República Dominicana
Temperatura
Las áreas del norte de la República Dominicana tienden a ver la mayor cantidad de lluvia, mientras que las áreas del sur de la República Dominicana tienden a ser muy cálidas y secas. [7] La temperatura máxima promedio por año es de 86º Fahrenheit y la temperatura mínima promedio por año es de 70º Fahrenheit. [8]
huracanes
Los huracanes pueden destruir un sistema inestable de captación de agua de lluvia. Las rutas y los patrones de los huracanes son impredecibles, pero el mayor peligro se presenta en agosto y septiembre, cuando los huracanes pueden durar hasta dos semanas. [9]
Lluvia
La precipitación media anual para la República Dominicana es de 150 cm [10]
"Las cifras indican que en 50 años la ponderación de la intensidad de lluvia máxima para el diseño de las obras hidráulicas en el país se ha incrementado en un 40%", expresan los técnicos."[11]{Rainfall intensity has increased by 40% within the last 50 years.}
Cálculos
EN=R∗A∗k∗Es{\displaystyle V=R*A*k*e}
- V: Volumen de cálculo(gramoayo/timetroEs){\displaystyle (gal/time)}
- R: Precipitación(inorteChEss/timetroEs){\displaystyle (inches/time)}
- A: Huella de superficie de colección(Ft2){\displaystyle (ft^{2})}
- k: conversión deFt3{\displaystyle ft^{3}}
a chica(norteO{\displaystyle (no}
ennorteits){\displaystyle units)}
- e: Eficiencia de la superficie de recolección(7.48{\displaystyle (7.48}
gramoayo/Ft3){\displaystyle gal/ft^{3})}
[12]
- El volumen de cálculo ( V ) se utiliza para determinar el tamaño del tanque de almacenamiento necesario
- Precipitación ( R ) se utiliza para dar cuenta de la cantidad de precipitación que se produce en un período de tiempo determinado
- La huella de la superficie de recolección ( A ) se usa para determinar el área de la superficie de recolección. El área se puede encontrar usando la ecuación A = Largo x Ancho
- La eficiencia de la superficie de recolección ( e ) depende del material utilizado para el área de captación
- Conversión de ft 3 a gal ( k ) usada para convertir unidades.
Diseño
El sistema de captación de agua de lluvia en La Yuca se compone de 6 partes principales; la zona de captación, el canalón, cribado primario, primera descarga, la unidad de almacenamiento y la filtración.
Antes:Bosquejo:La primera descarga
Antes: Bosquejo: La proyección primaria, el primer lavado y el almacenamiento
Antes:Bosquejo:Proyección primaria
| Área de captación El sistema de captación de agua de lluvia de La Yuca utiliza como área de captación el techo de acero galvanizado del salón de clases ecoladrillo de La Yuca . El área de captación del sistema es de aproximadamente 175 pies 2 (16 m 2 ). El uso de un techo de acero galvanizado en zinc reduce la cantidad de óxido que se formará en el área de captación y entrará al sistema. | |
| el canalón Se utiliza una tubería de PVC de 3" para la canaleta. La tubería de PVC se corta por la mitad y luego se une al área de captación con alambre para mantener la canaleta en su lugar. Al final de la canaleta hay una tubería de PVC de 90º, para asegurar que el agua de escorrentía fluya directamente hacia la criba primaria y luego ingrese a la primera descarga. | |
| Evaluación primaria Para construir la criba primaria se utiliza un garrafón de 5 galones, comúnmente conocido como botellon. El botellón se pega boca abajo a un tubo de PVC que desemboca en la primera descarga. El fondo del botellon se corta en ángulo. Unido a la parte inferior del botellon hay alambre de gallinero y una pantalla de tejido apretado. En el interior del botellon hay un filtro de drenaje de acero inoxidable para ayudar a atrapar objetos y evitar que entren en la primera descarga, en caso de que se dañen las dos primeras pantallas. | |
| Primera descarga La primera descarga está construida con una tubería de PVC de 3" que se alimenta a una sección en T. Cuando la primera descarga se llena con agua contaminada, una válvula de bola en la tubería de PVC de 3" cierra el acceso a la primera descarga y permite que el agua fluya hacia la tanque de almacenamiento. Dos botellones de 5 galones están conectados al fondo de la primera tubería de PVC de descarga. En el fondo de los botellones hay pequeños agujeros que permiten que el agua contaminada salga lentamente del sistema. Encima de los botellones hay conectores que se unen a las tuberías de pvc. Si es necesario comprobar si hay problemas, estos conectores facilitan el desmontaje de la primera descarga sin dañar el resto del sistema. Los botellones utilizados en el fondo de la primera descarga están pintados para reducir la exposición a la luz solar, que provoca el crecimiento de algas. | |
| Unidad de almacenamiento Se utiliza un tinaco para la unidad de almacenamiento del sistema. Los tinacos se usan comúnmente en toda la República Dominicana para proporcionar agua municipal durante los cortes de energía. Los tinacos están ubicados en los techos de las casas para proporcionar presión de agua cuando sea necesario para lavabos, grifos e inodoros. El tinaco se eleva sobre bloques de hormigón para proporcionar más carga al sistema. Para garantizar que el tinaco esté seguro, se usa alambre para amarrarlo a los bloques de hormigón y se usan sacos de arena para pesar la unidad de almacenamiento. | |
| Desbordamiento Se proporciona un desbordamiento en el costado del tinaco. Para evitar que las larvas y otros insectos pequeños entren en la unidad de almacenamiento, se adjunta una tubería con una pequeña malla tejida al rebosadero. Este método evitará que los mosquitos pongan huevos en el costado del rebosadero que eventualmente pueden caer en el tanque de almacenamiento cuando el nivel del agua en el tinaco es bajo. | |
| Litro de luz Se cortó una hoja de chatarra de 8" por 9,5" y se pegó con silicona al techo de aluminio galvanizado para sellar y evitar que el agua se filtrara a través de la filtración. | |
| Filtración Se utiliza un filtro de sedimentos para filtrar las partículas restantes que puedan quedar en el agua de escorrentía proveniente de la unidad de almacenamiento. Se utiliza un filtro de carbón impregnado de plata para eliminar los patógenos y las bacterias presentes en el agua. |  Filtración [13] |
Cálculos
La ecuacionEN=R∗A∗k∗Es{\displaystyle V=R*A*k*e}
Costo
| Material | Cantidad | Costo Unitario (DOP) | Costo Total (DOP) |
|---|---|---|---|
| PVC 3" (29 pies) | 1 | 1600 | 1600 |
| PVC 1" (5 pies) | 1 | 70 | 70 |
| PVC 1/2" (5 pies) | 1 | 50 | 50 |
| Jarra de 5 galones | 3 | 250 | 750 |
| 90 grados - PVC de 3" | 1 | 150 | 150 |
| 90 grados- PVC de 1/2" | 3 | 5 | 15 |
| Rama en T- PVC de 3" | 1 | 125 | 125 |
| Rama en T- PVC de 1" | 1 | 15 | 15 |
| 90 grados - PVC de 1" | 5 | 12 | 60 |
| 45 grados - PVC de 1" | 2 | 11 | 22 |
| Junta- 1/2" PVC | 1 | 22 | 22 |
| Junta- 1" PVC | 1 | 51 | 102 |
| Junta- 2' PVC | 2 | 227 | 454 |
| Junta- 3' PVC | 2 | 290 | 580 |
| Conectores PVC | 6 | 20 | 120 |
| Epoxi/silicio | 2 | 150 | 300 |
| Bloques de cemento | 20 | 20 | |
| Válvulas de cierre | 2 | 350 | 700 |
| Filtro de cubo de carbón activado | 1 | 1600 | 1600 |
| Válvula de bola | 1 | donado | |
| Espiga | 2 | 235 | 470 |
| Tinaco | 1 | 3800 | 3800 |
| Coste total | $11005 |
Recomprar
El tiempo de recompra se calculó utilizando dos precios diferentes para botellas de agua potable (Botellons).
Discusión
Línea de tiempo del proyecto
9 de junio de 2012
- Proyecto iniciado
- Mide todas las longitudes de tubería, diámetros y calcula los volúmenes de la primera descarga y del contenedor.
- Tasa de flujo probada del agua filtrada que sale del filtro lento de arena.
10 de junio de 2012
- Establecer criterios.
11 de junio de 2012
- Planes formulados.
- Diseños alternativos generados.
13 de junio de 2012
- Planes discutidos con un miembro de la comunidad (Osvaldo)
- Examinó los sistemas de canaletas cercanas, especialmente las que tienen trampas de sedimentos.
16 de junio de 2012
- Experimentó con recipientes de primera descarga que podrían ser del tamaño correcto.
18 de junio de 2012
- Búsqueda de la participación de los estudiantes en las pruebas de agua.
19 de junio de 2012
- Planifique la instalación del filtro.
21 de junio de 2012
- Elevar el almacenamiento de agua de lluvia para una cabeza de presión adicional a través de los filtros.
- Cree una barrera contra mosquitos/insectos para el desbordamiento del almacenamiento de agua de lluvia usando una tubería de PVC cortada en diagonal y material de protección de plástico.
25 de junio de 2012
- Sujetó el filtro de sedimentos a la pared de concreto después de perforar e instalar correctamente el soporte del filtro.
26 de junio de 2012
- Litro de origen de materiales ligeros.
- Construyó un diseño de pantalla principal alternativo.
- Conectó el filtro de sedimentos al contenedor de almacenamiento de agua de lluvia.
29 de junio de 2012
- Recibió una carta firmada de UNIBE solicitando pruebas gratuitas de calidad del agua.
7 de julio de 2012
- Aseguró el contenedor de almacenamiento de agua de lluvia a su base de bloques de hormigón.
- Finalizada la fase de construcción de la captación de aguas pluviales.
- Comenzó la fase de pruebas de calidad del agua.
Cómo construir el tuyo
Next Steps
Testing
Water testing is needed to ensure potability. Tests for the following will be performed:
- Biochemical Oxygen Demand (BOD)
- Total Suspended Solids (TSS)
- E. Coli
- Fecal Coliform
- Total Coliform
Video
Supporting Files
References
- ↑ Saltar a: 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 http://web.archive.org/web/20151105183703/http://www.twdb.state.tx.us/publications/reports/RainwaterHarvestingManual_3rdedition.pdf
- ↑ http://web.archive.org/web/20131212075953/http://practicalaction.org/docs/technical_information_service/rainwater_harvesting.pdf
- ↑ Davis, M. (2010). Water and wastewater engineering: design principles and practice.
- ↑ http://www.ianrpubs.unl.edu/live/g1492/build/g1492.pdf
- ↑ Ireland EPA WATER TREATMENT MANUALS FILTRATION
- ↑ http://www.pacificwater.org/userfiles/file/MR0579.pdf
- ↑ http://dominican.peacecorps.gov/pcdr.php
- ↑ http://web.archive.org/web/20140322170423/http://dominicanrepublic-guide.info/weather/
- ↑ http://www.peacecorps.gov/wws/publications/insights/.../InsightsBackground.pdf
- ↑ http://web.archive.org/web/20160324233358/http://www.nrel.gov/wind/pdfs/27602.pdf
- ↑ http://www.hoy.com.do/el-pais/2010/1/24/311243/print
- ↑ http://raintankdepot.com/pdf/rainwater-catchment-standards.pdf
- ↑ http://www.ldsglo.com/forum/showthread.php?t=12123