FÍSICA II

ADECENTAMIENTO DE AGUAS PLUVIALES

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El planteamiento del problema en la comunidad de Morelos, en relación a una problemática ambiental, se refiere a la calidad del agua que se utiliza para el riego de las plantas. Morelos, al ser una región que experimenta lluvias en ciertas épocas del año, depende en gran medida de la recolección de agua de lluvia para el riego de jardines, huertos y campos de cultivo. Sin embargo, se ha observado un deterioro en la calidad del agua de lluvia debido a diversos factores, lo que plantea un desafío importante para la salud de las plantas y el ecosistema local. La contaminación del agua de lluvia por agentes como el polvo, gases contaminantes, partículas de polen y otros contaminantes atmosféricos se ha vuelto cada vez más evidente, afectando negativamente tanto a las plantas como al equilibrio ambiental en la región. Esta situación pone en riesgo la seguridad alimentaria de la comunidad y requiere la búsqueda de soluciones sostenibles, como la implementación de filtros de agua adecuados y prácticas de gestión ambiental responsable. El problema se desglosa en varios aspectos críticos: Contaminación del agua de lluvia: A medida que la lluvia cae desde la atmósfera, diversos contaminantes atmosféricos, como el polvo, los gases contaminantes, las partículas de polen y otros agentes perjudiciales, se acumulan en el agua de lluvia. Esta acumulación ha generado una marcada degradación en la calidad del agua de lluvia, lo que la convierte en un recurso cada vez menos adecuado para el riego de plantas y cultivos. Impacto en la salud de las plantas: El uso de agua de lluvia contaminada para el riego de plantas tiene consecuencias directas en la salud y el crecimiento de estas. Los contaminantes presentes en el agua pueden dañar las estructuras de las plantas, limitar su capacidad para absorber nutrientes esenciales y, en algunos casos, propiciar el desarrollo de enfermedades que afectan negativamente la producción de alimentos y la belleza de los espacios verdes. Efectos en el ecosistema: La contaminación del agua de lluvia no solo perjudica a las plantas, sino que también tiene efectos adversos en el ecosistema local en su conjunto. Esta agua contaminada puede infiltrarse en el suelo y provocar daños en la biodiversidad del área, afectando a la fauna que depende de las plantas para su alimentación y refugio. Disminución de la seguridad alimentaria: La seguridad alimentaria de las comunidades locales que dependen de la agricultura y la producción de alimentos a pequeña escala se ve amenazada por la disminución de la calidad del agua de lluvia. La producción de alimentos se ve afectada, lo que puede generar inseguridad alimentaria y dificultades económicas para la población local.

JUSTIFICACIÓN

La escasez de agua es un problema global de suma relevancia pues como bien sabemos el agua es el mayor sustento de la vida, esto hace referencia no solo a la vida humana sino también de la vida de distintos organismos como plantas y animales que forman parte de nuestros ecosistemas. Existen distintas acciones que no hacen más que incrementar el problema tales como el desperdicio diario de agua potable en las casas, la cantidad masiva de agua utilizada en empresas, la contaminación de distintos cuerpos de agua por residuos industriales, entre otras. Esto es algo que a nosotros como equipo nos preocupa y por ello queremos involucrarnos en la resolución de esta problemática ya que consideramos es importante trabajar en la sustentabilidad de nuestro planeta para que las futuras generaciones tengan una buena base ecológica en la cual sus necesidades puedan verse cubiertas de manera responsable y no limitadas, siendo así nuestro objetivó principal erradicar el mal uso de agua. Nos justaría mencionar que realizaremos un filtro casero con un sistema de riego: en espera de que con este proyecto nuestro objetivo de ayudar a la erradicación del mal uso de agua sea logrado pues buscamos que las aguas pluviales puedan ser filtradas para eliminar cualquier tipo de impureza que tengan y así puedan ser utilizadas en distintas actividades como la limpieza de autos, ropa, etc. Pero nuestro objetivo es que el agua filtrada sea ocupada para el riego de plantas ya que una de las afectaciones producidas por la escasez es el mal riego de plantas, esto con ayuda de la creación de un sistema de riego.

HIPÓTESIS 

La implementación de un sistema de recolección y filtración de agua de lluvia, junto con prácticas de gestión ambiental en Morelos, mejorará la calidad del agua para el riego. Esto beneficiará la salud de las plantas, el ecosistema local y la seguridad alimentaria, al mismo tiempo que reducirá la carga en el alcantarillado pluvial y minimizará riesgos de inundaciones.

MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL

Llamamos pluviosidad a la cantidad de precipitación caída en una determinada zona geográfica en un período concreto de tiempo. Al ser las precipitaciones las encargadas de nutrir, directa o indirectamente, los embalses, pantanos, ríos y acuíferos de los que el ser humano habitualmente obtiene el agua potable para su consumo, la baja pluviosidad (o en algunos casos la ausencia total de precipitaciones) en determinadas zonas geográficas afecta directamente a millones de personas, que sufren restricciones de uso cada vez más habituales. Globalmente, cientos de millones de seres humanos en el mundo viven por debajo del umbral de estrés hídrico (Fernández, I. 2009, p. 22). Se calcula que en la Tierra hay un volumen total de agua de 1.4 millones de km3, de los cuales el 97.5 % es agua salada. El 2.5 % restante es agua dulce y se reparte mayoritariamente en glaciares (aprox. 70%) y aguas subterráneas (aprox. 30%) y sólo el 0.4% corresponde a aguas superficiales (vapor de agua, ríos, lagos y embalses), lo que supone solamente un 0.007% del total de agua del planeta (Fernández, I. 2009, p.22). El volumen correspondiente al vapor de agua incluye el agua presente en la atmósfera, que forma las nubes y cae en forma de lluvia (también granizo o nieve) sobre la superficie terrestre cuando se condensa. El agua de lluvia es parte esencial del ciclo hídrico (Fernández, I. 2009, p. 22)

La precipitación es la primera fuente que el agricultor debe contabilizar como agua disponible en su finca. La precipitación tiene duración (tiempo total de precipitación), intensidad (volumen de precipitación por unidad de tiempo) y frecuencia (el número de precipitaciones en un tiempo dado y con determinadas características). Por ejemplo, una precipitación que se inició a las 03:00 PM y terminó a las 03:30 PM tuvo una duración de 30 minutos. Si la cantidad de agua precipitada alcanzó 20 mm, la intensidad fue de 40 mm h1. La frecuencia de una lluvia con estas características o mayores que ésta, puede ser de 3 por mes. Cabe recordar que la lámina de 1 mm de precipitación equivale a 1,0 l m-2. Algunos países de la región miden la precipitación en pulgadas (1 pulgada = 2,54 cm = 25,4 mm) (Wambeke, J. 2013). Si la cantidad de lluvia es muy pequeña, puede ocurrir que no sea aprovechada porque toda o parte de ella queda en la superficie de la vegetación y de allí se evapora. Si llega al suelo y este se encuentra muy seco, puede que el agua quede retenida con alta energía y no esté disponible para las raíces. Al contrario, si la cantidad de lluvia es muy grande o cae con gran intensidad, especialmente en suelo desprotegido, una parte de ella no se infiltra ni almacena en el suelo produciendo un volumen sobrante (escorrentía superficial), el cual debe ser conducido de forma conveniente fuera del campo o almacenado en estructuras de contención para evitar que produzca daños. También puede suceder que el suelo quede saturado y parte del agua infiltrada salga de la zona radical por percolación o escorrentía subsuperficial (Wambeke, J. 2013). 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 (Ureña, M. 2018, p. 8). Una de las estrategias con mayor aceptación para cubrir la demanda de agua, es el aprovechamiento del agua tratada, el cual a su vez contribuye a la minimización de las descargas residuales. Las experiencias a este respecto, dependiendo del grado de escasez y fuentes disponibles del recurso van desde el reusó de las aguas.

residuales para usos potables y no potables en Windhoek, Namibia, hasta las más comunes en el medio urbano como el riego de áreas verdes, la protección contraincendios y su empleo como agua de proceso para fines industriales y comerciales (Haarhoff y Van der Merwe, 1996 y Asano and Levine, 1996 por Caballero, C. 2009). En el caso del agua pluvial, en México esta estrategia ha sido utilizada mayormente para dar abasto a comunidades rurales, y en el medio urbano se ha limitado a iniciativas aisladas sin un impacto significativo. En el caso de las zonas rurales, el agua de lluvia es aprovechada tanto para consumo humano potable y no potable como para mantener sus actividades productivas como las demandas de agua para agricultura y abrevaderos, como el caso del Ejido San Felipe, en el estado de Nuevo León. Se tienen casos similares de aprovechamiento pluvial rural en pueblos de los estados de México y Michoacán, con la intención de no solamente abastecer a tales comunidades, sino de crear conciencia de que en México la atención está desviada hacia las corrientes superficiales y subterráneas, pero no así al aprovechamiento directo del agua de lluvia (Velasco, 2000 y Anaya, 2006 por Caballero, C. 2009). Para la construcción de un sistema recolector de aguas lluvias, es indispensable tener tres piezas fundamentales para recoger la precipitación pluvial, con el fin de utilizarla como suministro de agua: el recolector, la estructura conductora, sistema de bombeo y el tanque de almacenamiento (Giraldo, F. 2016). - Área recolectora. Para el área colectora donde cae la lluvia, se recomienda por conveniencia, cercanía, sanidad y costos, utilizar los techos de los hogares. Esta área debe de tener una pequeña inclinación para que el agua fluya hacia la estructura conductora Entre mayor sea el área o techo de recolección, se recolectara mayor cantidad de agua lluvia (Giraldo, F. 2016). - Estructura conductora. La estructura que ayuda a conducir el agua lluvia hacia el sistema de bombeo, debe de estar adherido en el borde del área inclinada, con una inclinación, que al igual que el recolector, para que permita que el flujo de agua se deposite al sistema de bombeo (Giraldo, F. 2016). 

- Sistema de bombeo y filtrado. El sistema de bombeo, se abastece del agua que le suministra la estructura conductora, para que por medio de éste depositarla en el tanque de almacenamiento. Por lo regular se utilizan bombas centrifugas, que poseen un buen rendimiento; o bombas de ariete hidráulico, que no consumen energía eléctrica (Giraldo, F. 2016). - Tanque de almacenamiento. El tanque de almacenamiento, es llenado con agua por medio del sistema de bombeo, este debe de ser de gran albergadura para tener suficiente volumen para la oferta que se tiene de precipitación (Giraldo, F. 2016). - Distribución. El sistema de distribución trata de mangueras o tuberías que abastecen el hogar con agua en diferentes puntos para su consumo (Giraldo, F. 2016). - Tratamiento del agua. El agua lluvia puede ser utilizada para muchas actividades dentro del hogar, pero su consumo debe de ser limitado o en casos restringido, por elementos que pueden estar presentes como el plomo, mercurio y otras sustancias dañinas para nuestra salud, por lo cual se recomienda que no se beba ni se utilice en la preparación de alimentos (Giraldo, F. 2016). Los sistemas de aprovechamiento de agua lluvia son el resultado de las necesidades (demanda), recursos disponibles (precipitación, dinero para invertir y materiales de construcción), y las condiciones ambientales en cada región, y sólo cuando no existe red de agua potable, el suministro es deficiente o el agua tiene un costo muy alto (Giraldo, F. 2016). Entre las muchas razones que se han expresado anteriormente, los principales beneficios que se obtienen al almacenar y utilizar el agua lluvia, son los siguientes (Abdula y AlShareef, 2006, CEPIS y Texas Water Development Borrad, 2005 por Correa, G. 2019): 

• Algunos sistemas no requieren de energía para operar. • La calidad físico - química del agua lluvia es alta.

• El agua lluvia no entra en contacto con el suelo y las rocas donde se disuelven las sales y los minerales, por lo tanto es suave y puede reducir significativamente la cantidad de jabones y detergentes para la limpieza. 

• El agua lluvia reduce en cierta medida las inundaciones y la erosión. 

• Es ideal para la irrigación de los jardines y cultivos.

• Al recolectarla, se reduce el caudal del alcantarillado pluvial, evitando así el ingreso de altos volúmenes a los sistemas de tratamiento de aguas residuales 

DIAGRAMA DE FLUJO

PROTOTIPO ORIGINAL: https://youtu.be/-TfLcjLHC8Y?si=cjOkd03iRsletzla

VIDEO DEL PROTOTIPO EN FUNCIONAMIENTO

RESULTADOS

Los resultados podrían mostraron la mejora en la calidad del agua después de pasar por el filtro, evidenciando la reducción de turbidez, adecuado, la disminución de la concentración de contaminantes manteniendo a las plantas hidratadas, y así a la disminución de desperdicio de agua 100% potable.

PROPUESTA DE MEJORA

Durante la elaboración del proyecto, se observaron diversas cosas, por ello, se elaboraron propuestas de mejora, basándose en la presentación, en la durabilidad, entre otras cosas. A partir de ello, se establecieron las siguientes recomendaciones, a fin de mejorar: - Cambiar la caja de cartón a una de plástico u algún otro material con mas durabilidad. - Mejorar la presentación del prototipo, tomando en cuenta otras alternativas para colocar las mangueras. - Buscar alternativas para mantener estable el prototipo (establecer un lugar fijo).

GLOSARIO 

CONCLUSIÓN    

Un filtro de agua de lluvia casero puede ser una excelente opción para proporcionar agua de calidad a las plantas a través del agua de lluvia. El agua de lluvia es naturalmente pura y libre de productos químicos, lo que la convierte en una opción ideal para regar tus plantas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el agua de lluvia puede contener contaminantes como polvo, polen, hojas y otros residuos que pueden afectar la salud de tus plantas. Un filtro de agua de lluvia casero puede ayudar a eliminar estos contaminantes y proporcionar agua más limpia y segura para tus plantas. Además, un filtro de agua de lluvia casero puede ayudar a prevenir la obstrucción de los sistemas de riego y evitar que los residuos se acumulen en el suelo. Esto puede ser especialmente beneficioso si vives en un área con lluvias frecuentes o si recolectas grandes cantidades de agua de lluvia para regar tus plantas 

Fuentes de consulta:

Crespo, C. (2020, 25 agosto). Riego por goteo: tipos de filtros y sus mantenciones - PortalFruticola.com. Recuperado de https://www.portalfruticola.com/noticias/2020/08/26/riego-por-goteo-tipos-de-filtros-y-sus-mantenciones/

Carbotecnia. (2023, 9 julio). Filtro para riego por goteo ¿Cómo funcionan? | Filtración agrícola. Recuperado de https://www.carbotecnia.info/como-funciona-un-filtro-para-riego-por-goteo/

Importancia de los filtros de agua. (s. f.). Recuperado de https://es.pureaqua.com/blog/importancia-de-los-filtros-de-agua/

Amarilo. (s. f.). Cómo hacer un filtro de agua casero | Amarilo. Recuperado de https://www.amarilo.com.co/blog/en-casa/como-hacer-un-filtro-de-agua-casero-amarilo

Ureña, M. A., Ardila, P. A. (2018). Propuesta y evaluación de un sistema de aprovechamiento de agua lluvia en la universidad distrital Francisco José de Caldas, sede Bosa Porvenir, como alternativa para el ahorro de agua potable. Facultad de medio ambiente y recursos naturales. https://repository.udistrital.edu.co/bitstream/handle/11349/15571/Urue%C3%B1aGonzalezMaicolAndrey2019..pdf?sequence=1

Fernández, I. (2009). Aprovechamiento de aguas pluviales. Universitat Politécnica de Catalunya. https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/7222/pfc-e%202009.058%20mem%C3%B2ria.pdf

Correa, G.,Nallive,O. (2019). Importancia de incluir las aguas lluvias como abastecimiento de redes hidro sanitarias, en las normas y documentos de estudio y diseño del país. Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. https://www.colmayor.edu.co/wp-content/uploads/2019/10/315_gustavo_correaaguas_lluvia.pdf#:~:text=El%20agua%20lluvia%20reduce%20en%20cierta%20medida%20las,a%20los%20sistemas%20de%20tratamiento%20de%20aguas%20residuales

Macrofilter. (2023). PRINCIPIOS SOBRE LA FILTRACIÓN DE LÍQUIDOS.Macrofilter®️: https://filtrosindustrialesmacrofilter.com/principios-sobre-la-filtracion-de-liquidos/Ureña, M. A.

Caballero, C. (2009). Modelos de uso sustentable del agua para nuevos desarrollos habitacionales. Tecnológico de Monterrey. https://repositorio.tec.mx/bitstream/handle/11285/569369/DocsTec_10101.pdf?sequence=1