Potabilización de Aguas Pluviales con Ultrafiltración

1
INSTITUTO INTERNACIONAL DE FORMACIÓN AMBIENTAL
INSTITUTO LATINOAMERICANO DE CIÉNCIAS
MÁSTER TRATAMIENTO DE ÁGUAS
Ing. Cícero Luís Doten Franco
POTABILIZACIÓN DE AGUAS PLUVIALES CON ULTRAFILTRACIÓN
San Antonio - Huancayo, Peru
2013

2
CÍCERO LUÍS DOTEN FRANCO
Tesis presentada al Instituto
Latinoamericano de Ciéncias como
requisito parcial para obtención del título
de Máster en Tratamiento de Agua.
Tutor: Prof. Dr. Eduardo Márquez Canoza
San Antonio - Huancayo, Peru
2013

3
CÍCERO L. D. FRANCO
Tesis presentada al Instituto
Latinoamericano de Ciéncias como
requisito parcial para obtención del título
de Máster en Tratamiento de Agua.
Aprobada por la Junta Examinadora
San Antonio - Huancayo, Peru, 2013.
Junta Examinadora
________________________________________
Tutor: Prof. Dr. Eduardo Márquez
________________________________________
________________________________________

4
RESUMEN
Esta disertación presenta una manera de producirse agua potable a partir de
agua pluvial. Su objetivo es estudiar, ensamblar y testar un sistema que permita
garantizarse la potabilidad del agua originaria de la lluvia en una zona urbana, en el
caso, en la ciudad de Florianópolis, Brasil. El estudio llevó al desarrollo de un
sistema que tiene como base la captación del agua, el descarte de la “primera agua”,
el acumulo y su desinfección por un generador de ozono, seguido por un aparato de
ultrafiltración, que trabaja como una barrera física para los microorganismos y para
una parte considerable de compuestos orgánicos, como las endotoxinas. Tomando
como base los datos de la bibliografía existente sobre el tema, se ensambló el
sistema completo, desde la captación hasta la destinación final del agua y se lo testó
para los parámetros considerados críticos a partir de los trabajos de los autores
consultados, incluso con el levantamiento de costos para tanto.
Palabras Clave: Agua de la lluvia. Pluviometría. Florianópolis. Ozono. Ultrafiltración.

5
ABSTRACT
This dissertation presents a way to produce drinking water from rainwater. It
aims to studied, assemble and test a system to ensure the safety of water originating
from rain in an urban area, in the case, in Florianópolis city, Brazil. The study led to
the development of a system which is based on the uptake of water, discarding the
“first water”, the accumulation and disinfection by an ozone generator followed by an
ultrafiltration apparatus, which works as a physical barrier to microorganisms and for
a substantial part of organic compounds such as endotoxins. Based on data from the
literature on this subject, the whole system was assembled, from the water capitation
to it final destination and tested it for the parameters considered critical from the
consulted authors works, even with the systems costs.
Key Words: Rain water. Rainfall. Florianópolis. Ozone. Ultrafiltration.

6
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1 - Localización general del proyecto en Sudamérica ................................................................ 18
Figura 2 – Calculo del área del techo .................................................................................................... 19
Figura 3 – El Ciclo del Agua ................................................................................................................... 21
Figura 4 – Localizaciónes en la ciudad de Florianópolis ........................................................................ 22
Figura 5 - Curvas de Niveles en la región con la localización del proyecto ........................................... 23
Figura 5 – Filtración Tangencial o Transversal ...................................................................................... 33
Figura 6 – Elección del tipo de membrana ............................................................................................ 36
Figura 7 – Microfiltración ...................................................................................................................... 37
Figura 8 – Ultrafiltración ....................................................................................................................... 38
Figura 9 – Nanofiltración ....................................................................................................................... 39
Figura 10 – Hiperfiltración ..................................................................................................................... 40
Figura 11 – Diagrama de flujo propuesto para el sistema de tratamiento de agua de lluvia ............... 47
Figura 12 – “Filtro Separador de Particulados” (AUXTRAT – AC250) .................................................... 48
Figura 13 – Dispositivo Separador de Hojas (FORTLIT SLIM) ................................................................ 49
Figura 14 – Diagrama de flujo de los tanques de descarte y captación ................................................ 50
Figura 15 – Llave boya (ICOS LA16M-40) .............................................................................................. 51
Figura 16 – Temporizador programable (NOVUS NT240) ..................................................................... 52
Figura 17 – Válvula de Descarga (ASTRA IDEAL) .................................................................................. 54
Figura 18 – Solenoide de Accionamiento (MULTICOIL HST 300.1) ....................................................... 55
Figura 19 – Reservatorio de Polietileno (FORTLEV SLIM)...................................................................... 55
Figura 20 – Filtro de bolsa (LAFFI LNO-100) .......................................................................................... 56
Figura 21 – Llave boya (MAR-GIRIUS CB 2000) ..................................................................................... 57
Figura 22 – Controlador de ORP (HANNA BL982411) ........................................................................... 61
Figura 23 – Generador de ozono (PANOZON Diamond 25) .................................................................. 63
Figura 24 – Venturi (MAZZEI) ................................................................................................................ 64
Figura 25 – Equipo básico (YPORÃ Y3218) ........................................................................................... 66

7
Figura 26 – Membrana de UF (PAM UF-02) .......................................................................................... 67
Figura 27 – Diagrama de flujo del equipo de ultrafiltración ................................................................. 68
Figura 28 – Bomba (FERRARI IDB-40) .................................................................................................... 69
Figura 29 – Diagrama de flujos y presiones del sistema de tratamiento de aguas pluviales ............... 71
Figura 30 – Diagrama eléctrico del sistema de tratamiento de aguas pluviales ................................... 79
Figura 31 – Ensamblaje del equipo. Arriba: Bastidor ensamblado; ensamblaje de la bomba y válvulas
de aguja. Abajo: Algunos componentes del sistema; ensamblaje de instrumentos y válvulas. ........... 80
Figura 32 – Equipo ensamblado con la membrana ............................................................................... 81
Figura 33 – Ensamblaje del automatismo de los tanques. Arriba: Caja de comando ensamblado con
temporizador y controlador de ORP; Ensamblaje de las tapas del tanque de descarte. Abajo: Tapa
inferior con válvula de drenaje; Tapa superior con boya mecánica. .................................................... 82
Figura 34 – Ensamblaje de la parrilla y los tanques de descarte y de captación .................................. 85
Figura 35 – Equipo en operación ........................................................................................................... 86
Figura 36 – A la izquierda el agua del tanque de descarte y a la derecha el agua del tanque de
captación ............................................................................................................................................... 88
Figura 37 – A la izquierda el interior del filtro bolsa y a la derecha su contenido ................................ 93
Figura 38 – A la izquierda el cartucho usado y a la derecha la comparación entre el cartucho usado y
un nuevo................................................................................................................................................ 94
Figura 39 – A la izquierda el agua de ultrafiltrado y a la derecha la del rechazo. ................................. 95
Figura 40 - Diagrama de flujo del sistema comercial...........................................................................100

8
LISTADO DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Parámetros considerados a partir del trabajo .................................................................... 31
Gráfico 2 – Espectro de Filtración ......................................................................................................... 35
Gráfico 3 – Contaminantes orgánicos presentes en el agua y el método de detección ....................... 42
Gráfico 4 – Contaminantes presentes en el agua ................................................................................. 43
Gráfico 5 – Permeabilidad de la membrana de ultrafiltración (PAM UF-02) ........................................ 45
Gráfico 6 – Modo seleccionado de accionamiento del temporizador programable (NOVUS NT240) .. 53
Gráfico 7 – Presión x Caudal de la electrobomba (FERRARI IDB-40) .................................................... 69
Grafico 8 – Presión x Caudal de la electrobomba (DANCOR CP-4) ....................................................... 71
Grafico 9 – Presión x Caudal del venturi (MAZZEI 384) ........................................................................ 72
Grafico 10 – Presión x Caudal de la electrobomba (FERRARI IDB-40) .................................................. 73
Grafico 11 – Presión x Caudal de la membrana linealizado por metro cuadrado (PAM UF-02) ........... 74

9
LISTADO DE CUADROS
Cuadro 1 – Características del agua para uso no potable ..................................................................... 14
Cuadro 2 – Leyes municipales brasileñas sobre captación de agua de la lluvia ................................... 15
Cuadro 3 – Características de las membranas para filtración de aguas superficiales .......................... 41
Cuadro 4 – Especificaciones de la membrana UF02 (PAM) .................................................................. 44

10
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1 – Pluviometría en el municipio de São José – Alturas totales mensuales ................................ 24
Tabla 2 – Pluviometría en el municipio de São José – número de días de lluvia .................................. 25
Tabla 3 – Pluviometría en el municipio de São José – precipitación diarias mensuales ....................... 25
Tabla 4 – Altura de la lluvia y duración en São José .............................................................................. 26
Tabla 5 – Pluviometría y calidad del agua en algunas ciudades costeras brasileñas ............................ 27
Tabla 6 – Calidad del agua de la lluvia en Florianópolis ........................................................................ 28
Tabla 7 – Calidad del agua de la lluvia comparada con la Portaría 518 ................................................ 29
Tabla 8 – Inactivación de microorganismos .......................................................................................... 63
Tabla 9 – Electrobombas centrifugas plásticas (DANCOR CP-4) ........................................................... 65
Tabla 10 – Costos de fabricación y composición del precio de venta del sistema de tratamiento de
aguas pluviales ...................................................................................................................................... 78
Tabla 11 – Acompañamiento de los parámetros investigados ............................................................. 87
Tabla 12 – Acompañamiento de los contaminantes investigados ........................................................ 88
Tabla 13 – Acompañamiento de los parámetros investigados ............................................................. 90
Tabla 14 – Acompañamiento de los contaminantes investigados ........................................................ 90

11
SUMÁRIO
1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .............................................................................................................. 12
1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................................... 12
1.2 PROBLEMA ...................................................................................................................................... 13
1.3 OBJECTIVO Y PROPÓSITO ................................................................................................................ 16
1.4 EXPLANACIÓN ................................................................................................................................. 16
1.5 HIPÓTESIS ........................................................................................................................................ 17
1.6 JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................. 17
2 PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................ 18
2.1 LOCAL DE CAPTACIÓN PROPUESTO ................................................................................................ 18
3 MARCO TEORICO ................................................................................................................................ 20
3.1 CICLO DEL AGUA .............................................................................................................................. 20
3.2 PLUVIOMETRIA LOCAL .................................................................................................................... 21
3.3 CALIDAD DEL AGUA DE LA LLUVIA .................................................................................................. 26
4 EL USO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS ........................................................................................ 32
4.1 ELEMENTOS DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS ............................................................................. 35
4.2 FILTRACIÓN ..................................................................................................................................... 37
4.3 MICROFILTRACIÓN .......................................................................................................................... 37
4.4 ULTRAFILTRACIÓN ........................................................................................................................... 38
4.5 NANOFILTRACIÓN ........................................................................................................................... 39
4.6 ÓSMOSIS INVERSA ........................................................................................................................... 39
4.7 EQUIPOS CON ELEMENTOS DE FILTRACIÓN TANGENCIAL .............................................................. 40
4.8 ELECCIÓN DE LA MEMBRANA ......................................................................................................... 41
5 SISTEMA PROPUESTO ......................................................................................................................... 46
5.1 DISEÑO DEL SISTEMA ...................................................................................................................... 47
5.1.1 Parrilla .......................................................................................................................................... 48
5.1.2 Tanque de Descarte ..................................................................................................................... 49

12
5.1.3 Tanque de Captación .................................................................................................................... 55
5.1.4 Dimensionamiento de los Tanques .............................................................................................. 57
5.2 DESINFECCIÓN ................................................................................................................................. 60
5.3 INYECCIÓN Y RECIRCULACIÓN ......................................................................................................... 64
5.4 EQUIPO DE ULTRAFILTACIÓN .......................................................................................................... 66
5.5 CALCULO DE LOS CAUDALES Y PRESIONES ..................................................................................... 70
5.6 TANQUE DE DISTRIBUCIÓN ............................................................................................................. 76
5.7 ANÁLISIS ECONÓMICO .................................................................................................................... 76
5.8 ENSAMBLAJE DEL EQUIPO PILOTO .................................................................................................. 79
5.9 ENSAMBLAJE DEL SISTEMA ............................................................................................................. 80
5.10 PROBLEMAS OPERACIONALES PRÁCTICOS ................................................................................... 83
5.11 TESTES DEL SISTEMA ..................................................................................................................... 86
6 SISTEMATIZACIÓN DE LOS RESULTADOS ........................................................................................... 90
7 CONCLUSIÓN ...................................................................................................................................... 96
8 CONSIDERACIONES ............................................................................................................................. 98
CATÁLOGOS ......................................................................................................................................... 101
REFERENCIAS ....................................................................................................................................... 103
ANEXO A - TABLAS DE COSTOS DE ENSAMBLAJE DE LOS EQUIPOS DE MEMBRANAS ........................ 108
ANEXO B - DESEMPEÑO DE LOS INJECTORES MAZZEI DE ½” PARA AIRE ............................................ 112
ANEXO C - RELACIÓN OZONO X ORP ................................................................................................... 113

12
1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Acá se muestran las bases que se tomó para que fuera escogido el tema del
tratamiento del agua de la lluvia.
1.1 ANTECEDENTES
Tenemos, en muchas ciudades, incluso Florianópolis, manantiales
tradicionales que están llegando temprano al agotamiento. Es cuestión de un lustre
para que las fuentes de agua de la región de Florianópolis no sean más suficientes
para atender la demanda de la población, en gran medida por su crecimiento
acelerado.
Florianópolis es la capital del Estado de Santa Catarina, situado
meridionalmente en Brasil. Es una ciudad situada mayormente en una isla atlántica,
cerca de 97% en área, habiendo una parte localizada en el continente. Tiene una
población de poco más que 400 mil habitantes, pero su región metropolitana,
incluyendo las ciudades de São José, Palhoça y Biguaçu, atinge una población de
un millón de personas. La principal actividad económica de la ciudad son los
servicios, sobremanera el turismo, habiendo también pesca artesanal y pequeñas
industrias sobremanera de informática. Por otro lado, la región metropolitana tiene
una producción industrial más pujante, pero sin haber industrias pesadas.
Florianópolis es considerada la capital brasileña con mejor calidad de vida.
Mientras ese inminente colapso de abastecimiento, la precipitación media en
la región es de cerca de 150 mm mensuales. Al tratársela al punto de llegar hacia su
potabilidad, tendremos una economía significativa de agua de la red pública y así
una mayor sostenibilidad urbana en ese quesito. En un rápido calculo, una
residencia que tenga 200 m² de techo, tendrá promedio 30.000 litros mensuales.
Considerando que el consumo de agua es calculado teóricamente en 200
litros/habitante por día, tenemos agua suficiente para ya sostener el consumo total
de hasta cinco personas.

13
También en Brasil de una manera general y en los centros urbanos en
específico, hay cada vez más ocurrencias de inundaciones. Un factor que presta
larga contribución es la impermeabilización de las ciudades. Hay incluso ciudades
brasileñas, como Curitiba, que no exigen un uso de las aguas pluviales, sino su
almacenamiento y descarga despacio como manera de evitarse las inundaciones.
Dese modo, la potabilización de las aguas de la lluvia contribuye también para un
desagüe más racional.
La captación y utilización del agua de lluvia es una práctica antigua de la
humanidad. Conforme citado por Tomaz (2007) la Piedra Moabita, un pedazo de
basalto con la descripción de la conquista de Moabe, en el Medio Oriente, por volta
de 830 a.C., ya hace referencia a la construcción de cisternas para acumulación de
aguas pluviales. También existen sistemas construidos por los Mayas, los Incas y
otros pueblos. Con la construcción de las redes de distribución de agua – que
también es tan antigua como los egipcios y los romanos – parece que la captación
de la lluvia quedó en olvido.
1.2 PROBLEMA
No hay, por lo menos en Brasil, una legislación clara acerca de un
aprovechamiento integral de aguas pluviales. Aún más para su uso potable. La
norma ABNT NBR 15527/2007 ya indica claramente en su propio nombre
“Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis”. O sea,
hay legislación para la captación y utilización de aguas pluviales, pero no para
utilización como agua potable. Esa norma indica la calidad de agua potable
necesaria para utilización, como indicado en la Cuadro 1.

14
Cuadro 1 – Características del agua para uso no potable
Parámetro Análisis Valor
Coliformes totales Semestral Ausencia en 100 ml
Coliformes termo-tolerantes Semestral Ausencia en 100 ml
Cloro residual libre a Mensual 0,5 ~ 3,0 mg/l
Turbiedad Mensual < 2,0 uT b, para usos menos restritivos
< 5,0 uT
Color aparente (caso no sea utilizado colorante, o antes
de su utilización) Mensual < 15 uH c
Debe prever ajuste de pH para protección de las redes
de distribución, caso necesario. Mensual 6,0 ~ 8,0 en caso de tubería de acero
carbón o galvanizado
NOTA: Pueden ser utilizados otros procesos de desinfección además del cloro, como la aplicación de rayos ultravioleta e aplicación de
ozono.
a En el caso de ser utilizados compuestos de cloro para la desinfección.
b uT es la unidad de turbiedad.
c uH es la unidad Hazen.
Fuente: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2007).
Esa norma también indica cálculos de captación y acumulación, siendo el más
importante documento para el aprovechamiento de las aguas pluviales.
Actualmente en mercado brasileño tenemos solamente sistemas para
utilización de aguas pluviales con un gradeo, eventualmente una filtración básica
para remoción de partículas sólidas, bien como dosificación de cloro o radiación
ultravioleta. No lo hay la utilización de barreras físicas a los contaminantes que no
sean, a lo sumo, una filtración simple.
Diversas empresas llevan al cabo proyectos de sistemas, pero estas no
objetivan la potabilidad del agua producida, lo que hace con que aguas pluviales no
puedan ser utilizados para consumo humano o animal. Las aguas pluviales son
utilizadas como aguas grises, o sea, para rego, lavado de pisos o coches y para
descarga en inodoros.
Por otro lado, sobremanera en la región Nordeste de Brasil, en la zona
llamada de Semi-Árido, región rural de baja ocupación humana, tenemos proyectos
de captación y almacenamiento de la lluvia para consumo, pero eses sistemas
presentan solamente captación, acumulación en cisternas y la dosificación manual
de hipoclorito de sodio o de calcio para su protección. Como las fuentes de agua en
esa región son escasas y normalmente insalubres, no hay restricciones para su uso
como si potable fuera.

15
En la zona urbana, algunas ciudades tienen legislaciones municipales que
recomiendan o mismo obligan la captación y acumulación del agua de la lluvia,
mucho más visando una regulación de su descarte que su uso. Eso objetiva evitarse
las inundaciones, debido a la impermeabilización del suelo. Según Garrido (2010),
hasta la data de de publicación de su trabajo, ya existían diversas leyes municipales,
como mostrado en la Cuadro 2 abajo y Jundiaí, SP, Rio de Janeiro, RJ, Salvador,
BA y Tubarão, SC, tenían ya proyectos de ley en estudio. Posteriormente a esa
publicación, Rio de Janeiro, Salvador ya aprobaran sus leyes.
Cuadro 2 – Leyes municipales brasileñas sobre captación de agua de la lluvia
Número de la ley Alcance Objetivo
8.718 / 2006 Ponta Grossa –
Paraná
El objetivo de esa ley es para que todas las edificaciones apliquen
el programa de captación, almacenaje, conservación y uso
racional del agua pluvial.
10.785 / 2003 Curitiba – Paraná Hay criado el Programa de Uso Racional del Agua en las
Edificaciones (PURAE). Tiene como objetivo instituir medidas que
visen inducir la conservación, uso racional y utilización de las
fuentes.
13.276 / 2002 São Paulo – São
Paulo
Obliga la ejecución de reservatorio para las aguas colectadas por
coberturas y pavimentos en los lotes, edificados o no, que tengan
área impermeabilizada superior a los 500 m². Establece que el
agua captada deba de preferencia ser infiltrada en el suelo,
pudendo ser direccionada a la red de drenaje después de una hora
del término de la lluvia o aun ser utilizada para fines no potables.
14.018 / 2005 São Paulo – São
Paulo
Tiene por objetivo instituir medidas que induzcan a la
conservación, uso racional e utilización de fuentes alternativas
para captación de agua y reúso en las nuevas edificaciones, así
como la concientización de los usuarios sobre la importancia de la
conservación del agua.
10.506 / 2008 Porto Alegre – Rio
Grande do Sul
Las nuevas edificaciones sin reaprovechamiento de aguas
pluviales no recibirán autorización de la prefectura. Además los
predios serán obligados a tener un hidrómetro para cada
apartamiento.
Fuente: Garrido e Ferreira (2010).
Ya según Carlon (2005), además de las ciudades citadas, Santo André,
Guarulhos, Praia Grande y Campinas, en el estado de São Paulo y Niterói en Rio de
Janeiro. Diversos otros municipios están a buscar reglamentación para la cuestión
pluviométrica, mucho más para evitaren inundaciones que para el uso de esa grande
fuente de agua. Pero como las construcciones ya presentan la estructura de
captación y acumulación de agua, nada impide que se la utilice, lo que generará
economía en los gastos con agua potable. Ya entre todos que presentan legislación,
el uso será para fines no potables y no para buscar alternativas de potabilización de
esa agua.
Las normas brasileñas para aguas pluviales, hecha por los municipios,
apenas piensa en el drenaje de la lluvia, debido al impacto que la

16
impermeabilización del solo urbano provoca. Según Pinheiro (2012) el drenaje
superficial en un ambiente natural es de orden de 10% de la precipitación, mientes
en zonas urbanas, este llega a los 45% carreados por los alcantarillados o sistemas
de drenaje pluvial. Con una acumulación y desagüe lento, el riesgo de inundaciones
se queda bastante reducido. Entonces la legislación del país parte de un problema
de contención de las aguas pluviales, con las legislaciones locales, y llega a la
utilización de esa agua que, por obligación, ya está acumulada, por la Norma NBR
15527/2007.
1.3 OBJECTIVO Y PROPÓSITO
El objetivo de la presente monografía es el estudio de una alternativa para la
potabilización del agua pluvial. Ese trabajo tiene como propósito la confección, posta
en marcha y los testes de una planta piloto para tratamiento de aguas pluviales.
A lo largo, el trabajo puede ser una contribución para que estén siendo dadas
las condiciones técnicas para que haya un cambio de paradigma, o sea, se cambie
una organización social que tiene los consumidores distintos de los productores y se
empiece otra en que los agentes sociales sean al mismo tiempo los productores y
los consumidores.
1.4 EXPLANACIÓN
Tenemos en diversas regiones del país una precipitación considerable que no
es infiltrada para el abastecimiento de los acuíferos ni tampoco utilizada de forma
sistemática para fines no potables – lo que, según Santos (2008) representa cerca
de un tercio del consumo residencial de agua – que diremos sobre su uso como
agua aprovechable para todos sus usos. Conforme el mismo autor, cerca de 30% de
las aguas utilizadas en una residencia puede generar aguas grises. El reúso de esa
agua, por su potabilización es una economía significativa para los manantiales.
A largo plazo el presente trabajo podrá ser un pequeño paso para que cada
economía pueda, por sus propios recursos, captar, tratar, aprovechar el agua de la
lluvia y aún fornecer el excedente para la red pública, haciendo una vía de doble

17
mano, donde, cuando haya baja precipitación, la economía pueda consumir el agua
de la red pública y, por supuesto, pagar por eso y, en épocas con buena
precipitación, utilizar su propia fuente de agua y recibir un pago por el excedente de
agua que, la red pública recibirá y acumulará. Así, pueden estar siendo dadas las
condiciones técnicas para que haya un cambio de paradigma. Eso puede se dar no
solamente en el caso del agua, pero en la energía, la producción de alimentos, etc.
1.5 HIPÓTESIS
La obtención de agua potable a partir del agua pluvial solo será obtenida a
partir del cambio de las características físicas y químicas de esa agua para que se
encuadre en la Portaría del Ministerio de la Salud de Brasil nº 2914 de 2011. Eso
será obtenido con la desinfección y la filtración del agua pro membranas de
ultrafiltración con corte de 100 kDa o menos.
1.6 JUSTIFICACIÓN
Cada vez más en Brasil existen leyes municipales que obligan la coleta y
acumulación del agua de lluvia, con objetivo de evitarse inundaciones. Diversos
constructores ya empiezan a utilizar esa agua acumulada para fines no potables,
aprovechando las especificaciones de la norma ABNT NBR 15527/2007. Por otro
lado, hay un inminente colapso de los manantiales de abastecimiento de los centros
urbanos, las aguas pluviales pueden ser una buena alternativa como una fuente
complementar de abasto, desde que cumplida las condiciones de potabilidad
descritas en la Portaría citada anteriormente.

18
2 PROCEDIMIENTO
Ese trabajo viene a presentar un sistema de tratamiento de agua para la
potabilización del agua de lluvia. El sistema piloto será desarrollado y puesto en
marcha en un barrio de la ciudad de Florianópolis, Santa Catarina, Brasil. El barrio
está en la región continental de Florianópolis, cerca de la divisa con el municipio de
São José. Es una zona densamente poblada y cruzada por dos rutas federales, la
BR 101, que cruza el país de Sur a Norte y la BR 282, que cruza el estado de Leste
al Oeste.
2.1 LOCAL DE CAPTACIÓN PROPUESTO
Usuario: Yporã, empresa que fabrica equipos de tratamiento de agua por
membranas.
Localización: Rua Joaquim Carneiro, 975, barrio Abraão, ciudad de
Florianópolis, estado de Santa Catarina, Brasil (latitud Sur –27,604953; longitud
Oeste –48,591143); frente W-SW.
Figura 1 - Localización general del proyecto en Sudamérica
Fuente: maps.google.com.

19
Consumo: Actualmente el consumo de agua potable informado es de 200
l/día, teniendo un aumento proyectado en corto plazo para 300 l/día, que es el
objetivo de atendimiento de la planta piloto. En futuro, llegará hasta los 500 l/día.
Techo: El techo es cubierto con tejas de aluminio, componiendo un tejado de
“media-agua” con un área aproximada de 246 m² con una frente de 20,6 metros, una
lateral de 11,5 m y una altura de 0,85 m.
Para el cálculo de el área del techo fue utilizada la ecuación indicada en la
Figura 2 (AMANCO, 2009).
Drenaje: El techo presenta una canaleta rectangular para drenaje con cerca
de 150 x 200mm y tubería de diámetro de 100 mm en sus dos extremidades. El
sistema propuesto será instalado en solo una tubería de caída, la situada en la
derecha de la fachada del predio, pues, como no es nada más que un piloto, se
queda más sencillo instalarlo apenas en una caída de agua.
Figura 2 – Calculo del área del techo
Fuente: Amanco (2009).
Así siendo se puede considerar el área útil para el proyecto como la mitad del
área total, o sea 123 m².

20
3 MARCO TEORICO
En las próximas páginas se presenta las bases tomadas para empezarse el
trabajo, tomando lo ya desarrollado por otros autores.
3.1 CICLO DEL AGUA
Todo empieza por el Ciclo del Agua. Según US Geological Survey, el ciclo del
agua es dirigido por el sol. Esto calienta los océanos, cuya evaporación del agua,
llevada por las corrientes ascendentes del aire, se va para las capas más altas de la
atmósfera. El vapor, por efecto de las bajas temperaturas, se condensa y forma las
nubes que son movidas por las corrientes del aire. El crecimiento de las partículas
en las nubes, por su colisión, hace con que ellas caen en forma de lluvia o de nieve.
La mayor parte de la precipitación cae sobre los océanos o sobre la tierra, donde
corre como escorrentía superficial. Parte de la precipitación cae sobre los glaciares y
se queda almacenada en forma de hielo que también, en climas más cálidos,
escurre. Parte de la escorrentía siegue hasta los ríos y es trasportada de volta a los
océanos. Parte de esa agua también se acumula, yuntamente con el agua
subterránea que brota a la superficie y forman lagos y lagunas. También una parte
grande de la lluvia que llega al solo, es absorbida por este como infiltración, parte de
esta agua se queda en las capas más superficiales y es absorbida por las raíces de
las plantas volviendo a la atmosfera por su transpiración. Otra parte siegue a las
capas más profundas acumulándose en acuíferos. Una parte del agua subterránea
brota en manantiales, volviendo a circular. Así siegue, en pocas palabras, el ciclo del
agua, ilustrado en la Figura 3.

21
Figura 3 – El Ciclo del Agua
Fuente: http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html.
También, en la misma publicación tenemos que la cantidad de agua presente
en la atmosfera es de 12.900 km³ de agua está en la atmosfera y la captación de
una pequeña parte de esa agua y dotarle de condiciones para que pueda ser
aprovechada integralmente es el objetivo de ese trabajo.
3.2 PLUVIOMETRIA LOCAL
Un trabajo muy interesante sobre la pluviometría local es el llevado a efecto por
Silva et al. (2004) que toma como región la ciudad de São José, lindera de
Florianópolis, sobremanera de región continental de ese municipio que es donde se
está haciendo el presente trabajo.

22
Figura 4 – Localizaciónes en la ciudad de Florianópolis
(A) Localización del proyecto (B) Localización de la Estación Agro-Meteorológica
En el mapa de la Figura 4 está señalado el local de las mediciones del trabajo
actual, en región densamente habitada, muy cerca de la ruta BR 282 y en una
península localizada en la Baía Sul, entre el continente y la isla (à la derecha del
mapa). La divisa con el municipio de São José es el Río Araújo, cerca de 1,5 km del
punto considerado. Así juzgamos pertinente utilizar los dados del trabajo de SILVA
como base de partida.
La ciudad de Florianópolis presenta cerros de hasta 500 metros y planicies
extensas en la región insular. En la región continental hay cerros más bajos y
planicies menos extensas. El local de los testes está en una cota de cerca de 20
metros y la elevación máxima llega a 100 metros. El clima local es típico del litoral
sur del país, con estaciones bien definidas y con la media de las máximas entre
21ºC y 31ºC y la media de las mínimas entre 13ºC y 22ºC. La temperatura mínima
registrada en la ciudad fue -2ºC en 1975 y la máxima de 38ºC en 2012. Los vientos
predominantes, son el Sur y el Nordeste. Por situarse en el litoral, los vientos vienen
del mar, habiendo poca contaminación provocada por la industria local, aun porque
el parque instalado es de baja polución aérea. Un caso aislado ocurrió entre 18 y 20
de octubre de 2011, cuando las cenizas del volcán chileno Puyehe, localizado a los
2.600 km de distancia, alcanzaran la cuidad, pero, por ser un evento completamente
aislado, no lo consideraremos.

23
Figura 5 - Curvas de Niveles en la región con la localización del proyecto

24
También es pertinente utilizarse el “Plano Municipal Integrado de
Saneamento Básico” presentado pela “Secretaria Municipal de Habitação e
Saneamento Ambiental (SMHSA)” de Florianópolis, hecho en 2009 donde se
presentan también dados bastante densos sobre la precipitación pluviométrica
en la ciudad. El propio plan utiliza como parámetro la pluviometría de la
estación agro-meteorológica nº 124, conforme indicado en la Tabla 1,
contemplando un período de 26 años, teniéndose una media mensual de
148,7 mm. Esa estación está localizada en el barrio de Praia Comprida, cerca
de 3 km a leste del local de la instalación del sistema piloto.
Tabla 1 – Pluviometría en el municipio de São José – Alturas totales mensuales
ALTURAS PLUVIOMÉTRICAS TOTALES MENSUALES
Fuente: EPAGRI – Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina
Estación Agro-meteorológica 124 de Florianópolis Lat: -27º35’00’’ Long: -48º34’00” Altitud 2 m
Local: São José, SC
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DEC TOTAL MÁXIMA
1975 192,7 144,8 188,1 70,3 81,4 64,7 36,4 125,6 212,0 136,2 187,1 153,3 1592,6 212,0
1976 167,2 157,8 151,0 16,8 345,1 101,2 93,7 86,8 87,0 73,5 177,5 250,0 1707,6 345,1
1977 162,8 387,8 124,1 64,9 22,0 24,7 39,6 290,2 122,9 119,0 175,2 213,0 1746,2 387,8
1978 159,1 112,3 482,0 26,5 64,4 57,8 63,7 58,6 138,2 115,5 94,6 297,9 1670,6 482,0
1979 30,9 272,0 105,0 113,1 115,7 34,3 48,9 75,7 127,5 241,8 150,8 112,8 1428,5 272,0
1980 272,8 200,8 81,1 73,9 57,0 49,6 153,3 117,5 105,0 145,3 84,7 212,2 1553,2 272,8
1981 129,9 157,7 293,0 114,8 176,4 59,2 86,7 39,4 66,4 169,8 112,8 183,6 1589,7 293,0
1982 103,5 185,6 441,3 78,3 108,1 99,1 23,1 53,2 17,3 127,2 183,9 77,3 1497,9 441,3
1983 311,4 224,6 131,3 178,2 205,0 117,4 527,2 107,2 179,3 73,4 191,7 367,1 2613,8 527,2
1984 247,5 82,3 142,0 119,2 89,8 103,5 91,0 261,7 160,4 90,6 269,5 128,4 1785,9 269,5
1985 225,7 271,1 416,3 132,6 64,2 84,7 151,6 117,3 89,1 143,4 186,0 61,2 1943,2 416,3
1986 144,2 176,6 152,5 111,6 57,8 16,3 50,7 53,9 177,3 246,0 121,9 129,6 1438,4 246,0
1987 519,0 471,4 135,4 96,0 150,9 81,6 80,5 145,9 56,6 185,1 47,7 189,3 2159,4 519,0
1988 151,1 60,5 218,4 64,8 103,9 49,7 4,4 9,7 135,6 105,7 42,5 100,6 1046,9 218,4
1989 353,2 145,9 120,9 121,9 164,7 37,8 68,0 58,8 227,1 73,4 81,6 201,4 1654,7 353,2
1990 250,9 283,6 161,0 188,6 74,8 69,4 175,8 117,7 149,5 180,6 149,3 146,5 1947,7 283,6
1991 204,1 109,2 96,1 31,5 103,8 84,4 12,6 125,4 51,8 170,3 594,9 183,0 1767,1 594,9
1992 254,5 126,9 240,0 36,4 200,1 80,9 148,8 105,6 64,6 37,1 157,6 27,8 1480,3 254,5
1993 245,2 198,0 130,5 122,7 105,0 69,3 185,6 13,8 228,7 123,2 27,4 177,8 1627,2 245,2
1994 123,1 432,7 237,2 130,6 225,2 81,8 117,8 12,6 18,4 109,4 134,1 247,9 1870,8 432,7
1995 357,4 253,2 226,9 36,4 5,7 107,3 56,2 60,0 109,2 142,1 106,6 563,2 2024,2 563,2
1996 219,4 244,2 239,3 49,7 146,6 149,8 108,9 99,6 214,9 103,4 62,2 163,7 1801,7 244,2
1997 632,8 219,2 50,0 109,5 46,7 38,2 87,1 55,9 181,9 360,9 211,7 180,0 2173,9 632,8
1998 306,6 185,5 134,5 155,6 70,1 79,2 93,8 225,4 231,6 136,4 127,6 114,7 1861,0 306,6
1999 260,9 216,7 76,2 93,3 51,0 116,5 158,5 37,2 89,4 236,7 224,4 121,8 1682,6 260,9
2000 247,0 212,3 236,2 65,6 18,1 76,4 50,0 45,8 159,9 216,3 77,3 192,3 1597,2 247,0
2001 186,1 537,0 162,4 231,0 295,0 95,0 82,7 52,0 192,6 220,6 202,5 103,8 2360,7 537,0
MEDIA 239,22 224,80 191,58 97,55 116,61 75,18 103,58 94,54 133,12 151,22 154,93 181,49 1763,81 365,12
MÍNIMA 30,90 60,50 50,00 16,80 5,70 16,30 4,40 9,70 17.3- 37,10 27,40 27,80 1046,90 212,00
MÁXIMA 632,8 537,00 482,00 231,00 345,10 149,80 527,20 290,20 231,60 360,90 594,90 563,20 2613,80 632,80
Fuente: Florianópolis (2009).

25
Tabla 2 – Pluviometría en el municipio de São José – número de días de lluvia
NUMERO DE DIAS DE LLUVIA
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DEC TOTAL
1975 10 12 13 11 9 7 4 9 19 13 14 13 134
1976 14 15 11 4 11 7 9 7 5 11 8 14 116
1977 11 10 11 9 7 4 7 10 9 13 13 16 120
1978 10 13 8 2 4 6 7 5 10 7 10 12 94
1979 4 9 9 11 9 4 5 4 10 15 10 7 97
1980 13 16 12 3 5 3 7 10 9 14 8 14 114
1981 16 12 9 7 6 4 9 6 8 11 12 12 112
1982 14 14 18 9 5 11 5 10 4 7 16 9 122
1983 13 14 16 12 14 10 19 8 12 9 14 15 156
1984 16 8 16 14 8 10 8 16 7 8 15 15 141
1985 10 12 17 13 4 4 8 8 11 15 13 8 123
1986 10 11 12 11 6 2 5 7 11 8 11 13 107
1987 16 16 6 11 11 7 8 14 10 15 8 9 131
1988 17 8 8 10 15 8 1 4 8 10 5 11 105
1989 18 11 11 9 9 7 8 6 13 8 8 11 119
1990 19 9 16 12 4 8 10 8 11 16 14 8 135
1991 11 8 13 2 5 7 2 10 8 8 12 11 97
1992 13 1 16 7 14 5 13 9 11 7 8 5 119
1993 18 12 16 11 7 6 12 4 12 10 8 17 133
1994 11 23 14 9 11 9 10 2 5 14 13 15 136
1995 19 18 8 2 2 8 7 9 11 11 11 9 115
1996 22 19 20 9 4 11 7 7 12 12 10 15 148
1997 21 16 8 6 8 5 7 10 7 19 15 16 138
1998 18 15 10 11 5 5 12 16 14 14 10 10 140
1999 16 12 17 12 7 5 11 7 9 12 14 8 130
2000 15 12 11 5 4 10 7 5 9 14 10 11 113
2001 16 18 10 11 11 7 10 5 11 8 13 9 129
MEDIA 14,5 13,1 12,4 8,6 7,6 6,7 8,1 8,0 9,9 11,4 11,2 11,6 123,1
MÍNIMA 4 8 6 2 2 2 1 2 4 7 5 5 94
MÁXIMA 22 23 20 14 15 11 19 16 19 19 16 17 156
Tabla 3 – Pluviometría en el municipio de São José – precipitación diarias
mensuales
PRECIPITACIONES DIÁRIAS MÁXIMAS MENSUALES
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DEC TOTAL
1975 119,5 67,1 42,2 30,1 50,4 15,8 23,3 29,0 37,8 36,8 66,8 46,8 119,5
1976 27,0 54,5 46,6 7,3 107,4 25,6 17,6 30,0 33,6 13,8 49,4 85,0 107,4
1977 64,7 100,4 32,7 25,8 7,4 11,4 11,7 103,9 48,1 33,0 44,2 75,9 103,9
1978 45,0 29,9 187,1 13,7 33,0 32,0 26,1 17,2 45,9 68,0 40,9 86,9 187,1
1979 8,0 190,3 38,0 25,0 47,5 13,0 16,5 56,7 62,9 55,1 38,7 52,0 190,3
1980 87,0 72,9 19,8 38,0 45,2 31,0 89,4 32,7 20,8 17,9 20,3 53,7 89,4
1981 37,3 53,2 131,9 33,4 133,8 23,3 23,5 22,1 16,1 38,5 25,8 47,2 133,8
1982 18,4 39,6 109,1 16,2 56,5 31,0 8,4 11,3 5,0 30,6 47,0 22,2 109,1
1983 78,3 71,1 27,2 34,4 38,0 63,9 64,2 36,3 56,5 22,4 89,6 144,0 144,0
1984 68,3 20,2 45,2 28,1 35,7 34,5 38,4 75,1 47,0 27,0 85,8 36,6 85,8
1985 76,8 77,2 188,3 30,0 31,6 64,7 86,3 60,6 24,9 32,2 32,5 24,2 188,3
1986 36,2 52,3 27,4 33,1 33,4 7,9 12,5 22,2 69,4 160,7 60,8 26,4 160,7
1987 68,9 143,0 41,5 20,6 34,5 25,6 31,0 42,6 22,1 51,5 11,4 86,3 143,0
1988 22,5 26,4 95,6 27,2 22,0 23,2 2,4 3,7 46,1 34,4 23,5 25,8 95,6
1989 94,4 51,8 31,5 35,6 55,3 24,1 22,3 27,2 89,0 16,1 22,9 52,0 94,4
1990 40,1 99,6 39,4 82,2 46,0 17,6 62,5 42,2 45,7 39,2 52,7 89,6 99,6
1991 69,8 30,5 23,0 15,0 63,1 36,6 9,4 20,1 7,1 79,1 404,8 27,1 404,8
1992 84,2 47,3 58,0 13,8 38,1 28,3 37,0 32,4 18,5 9,0 34,0 23,9 84,2
1993 40,1 54,3 32,0 29,1 43,8 26,9 75,7 7,0 49,7 35,1 8,0 33,6 75,7
1994 30,6 227,4 78,2 43,9 116,0 18,9 27,6 12,4 5,5 24,7 52,6 87,2 227,4
1995 64,2 56,0 60,9 15,9 3,3 24,5 24,7 39,5 30,0 22,9 46,6 206,6 206,6
1996 35,8 71,0 81,5 11,0 135,2 35,6 52,4 40,9 33,0 20,6 12,9 41,6 135,2
1997 97,8 56,8 23,7 49,4 13,8 11,9 17,7 15,4 116,0 72,8 70,7 29,6 116,0
1998 83,3 38,6 31,7 88,0 30,0 35,1 18,8 63,0 48,6 47,2 60,2 85,0 88,0
1999 67,8 60,8 18,8 26,2 11,6 55,0 45,3 17,4 26,5 76,3 57,9 16,4 76,3
2000 65,8 43,0 105,0 29,2 7,0 25,0 26,0 14,7 44,0 39,4 17,6 57,2 105,0
2001 38,0 194,9 88,2 95,1 161,2 28,0 18,0 23,3 25,2 118,2 52,0 24,6 194,9
Media de las máximas anuales: 138,48 Desvío padrón: 68,93
MEDIA 58,2 75,2 63,1 33,2 55,0 28,5 32,9 33,3 39,8 45,3 56,7 59,2 139,5
MÍNIMA 8,0 20,2 18,8 7,3 3,3 7,9 2,4 3,7 5,0 9,0 8,0 16,4 75,7
MÁXIMA 119,5 227,4 188,3 95,1 161,2 64,7 89,4 103,9 116,0 160,7 404,8 206,6 404,8

26
Según la misma fuente, los días con lluvia en ese mismo período fue de 10,3
días mensuales y 48,4 mm por día, como indicado en las Tablas 2 y 3.
Tabla 4 – Altura de la lluvia y duración en São José
Estación Agro-Meteorológica 124 de Florianópolis ,SC
Local: São José Metodología propuesta por TORRICO, 1974
Nº de anos observados: 27
Precipitación Media (mm): 139,48
Desvío Padrón: 68,93
TR = 5 P1día (Chow-Gumbel) = 200,07 TR = 10 P1día (Chow-Gumbel) = 247,01
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
0,1 0,112 24,54 245,37 0,1 0,112 30,29 302,93
1,0 0,420 92,01 92,01 1,0 0,416 112,52 112,52
24,0 1,095 219,8 9,13 24,0 1,095 270,48 11,27
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
0,1 0,112 33,51 335,14 0,1 0,112 37,58 375,80
1,0 0,414 123,88 123,88 1,0 0,411 137,91 137,91
24,0 1,095 299,23 12,47 24,0 1,095 335,54 13,98
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
Duración
(h)
Coef.
ajuste
Precip.
Total (mm)
Intensidad
(mm/h)
0,1 0,112 42,98 429,82 0,1 0,10 43,17 431,69
1,0 0,407 156,19 156,19 1,0 0,403 173,97 173,97
24,0 1,095 383,77 15,99 24,0 1,095 431,69 17,99
Ya la Tabla 4 muestra, por la misma fuente, la intensidad de la precipitación,
utilizándose la precipitación total, la recurrencia y la duración de la lluvia.
Todos eses datos son recompilados por la “Empresa de Pesquisa
Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI)”, que es responsable
por el acompañamiento meteorológico del estado de Santa Catarina.
3.3 CALIDAD DEL AGUA DE LA LLUVIA
Antes de implementarse el sistema piloto, es interesante analizarse lo que la
literatura sobre la precipitación en la región de Florianópolis indica.
Indica Moreira-Norderman (2004) algunos parámetros en el agua de la lluvia
en Florianópolis, indicado en la Tabla 5.

27
Tabla 5 – Pluviometría y calidad del agua en algunas ciudades costeras brasileñas
2 NO-3 NH+4 pH
Local Pluv. SO4
Fortaleza 1757 0,40 0,13 0,08 5,3 ± 0,6
Natal 1658 0,21 0,04 0,03 5,0 ± 0,6
Salvador 2588 0,61 0,06 0,03 5,6 ± 0,5
Niterói 1506 1,66 0,42 0,21 5,4 ± 0,7
Caraguatatuba 1672 1,00 0,48 0,28 4,0 ± 0,6
Florianópolis 1358 0,44 0,44 0,21 5,7 ± 0,6
Fuente: Moreira-Norderman (2004).
Notase que en Florianópolis, el pH está en el límite inferior de la potabilidad,
así como las demás ciudades, mientras los demás parámetros se encuentran dentro
de las condiciones de potabilidad.
En la disertación realizada por Jaques (2005) acerca de la calidad de las
aguas pluviales en la ciudad de Florianópolis, los datos están más consistentes.
Fueran recompilados los datos de siete colectas en diversos puntos distintos, siendo
ellos:
a) P1: Coleta directa de la lluvia, sin pasar por tejados;
b) P2: Coleta en tejado de cimiento amianto;
c) P3: Coleta en tejado de cerámico;
d) P4: Coleta en cisterna de acumulación posterior a un tejado de zinc.
Las coletas P2 y P3 fueran hechas en el inicio de la lluvia, y descorridos 10,
30 y 60 minutos del inicio de la precipitación. Las medias están presentadas en la
Tabla 8. El punto P4, la coleta es echa en un reservatorio para la acumulación del
agua, habiendo solamente una parrilla anterior para la remoción del material grosero
arrastrado por la lluvia.

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Tabla 6 – Calidad del agua de la lluvia en Florianópolis
Parám P1 P2 0’ P2 10’ P2 30’ P2 60’ P3 0’ P3 10’ P3 30’ P3 60’ P4 Norma¹
pH 5,46 7,23 7,19 7,58 7,40 6,41 6,51 6,51 6,52 5,13 6 ~ 9,5
Alcalin. 2,59 23,54 18,42 19,70 13,96 5,11 3,58 3,59 3,26 3,62 -
Conduct. 16,57 53,29 41,29 40,00 32,17 28,88 28,14 13,25 13,29 32,25 2.000²
Cloruros 9,09 14,69 11,73 11,23 10,04 14,02 10,73 10,42 8,45 13,95 250
Color 10,00 58,78 22,89 22,78 15,71 35,62 18,75 18,93 11,00 5,00 15
Turbied. 4,26 15,92 7,58 6,82 4,42 11,32 5,69 11,90 4,06 4,70 5,0
DBO 3,36 4,04 2,24 2,29 1,54 3,5 2,43 2,90 3,00 1,01 3,0³
DQO 48,67 74,00 29,56 21,67 18,43 55,00 31,00 22,89 24,71 12,40 -
N Amon. 1,09 1,11 0,77 0,76 0,70 1,39 0,76 0,77 0,70 0,68 1,5
Nitrito 0,31 0,50 0,37 0,37 0,26 0,33 0,27 0,28 0,32 0,15 1,0
Nitrato 0,50 0,66 0,51 0,50 0,50 0,57 0,50 0,50 0,50 0,50 10
Fosfatos 0,71 1,61 1,16 2,12 1,00 1,03 1,07 1,02 1,26 0,69 -
Ortofosf. 0,43 0,36 0,35 0,31 0,32 0,39 0,34 0,34 0,32 0,33 -
SS 7,00 65,56 9,80 13,64 3,40 50,73 17,78 13,33 3,70 - -
SS d 0,61 32,11 13,11 11,00 6,29 15,00 9,67 5,89 3,75 0,00 -
Colif tot 1370 1870 1470 1170 1100 1760 1810 1870 1710 2490 0,0
Colif fec 6,67 74,1 33,2 24,40 114 705 716 262 104 13,10 0,0
CO2 libre 3,81 3,13 3,13 2,84 2,26 2,74 2,74 2,74 2,39 3,17 -
Dureza 9,29 49,51 41,21 33,82 29,19 23,98 15,27 12,91 14,04 11,78 500
Fluoruros 0,11 0,23 0,19 0,18 0,18 0,10 0,16 0,11 0,10 0,00 1,5
O2 consu 2,41 13,89 5,27 4,97 3,20 10,82 5,71 5,14 3,19 0,92 -
Calcio 1,87 16,60 10,54 9,18 7,11 5,36 3,29 2,27 1,65 2,44 -
Magnesio 1,00 3,40 3,99 2,84 2,98 2,64 2,10 1,50 1,74 1,36 -
Hierro 0,02 1,35 0,22 0,29 0,10 0,57 0,13 0,11 0,06 0,02 0,3
Aluminio 0,01 0,00 0,00 0,03 0,03 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,2
Aspecto no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj
Olor no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj no obj
Fuente: Jaques (2005).
Notas: ¹: Valores máximos permitidos según la Portaría 2.914 del Ministerio de la Salud
²: Conductividad máxima permitida en μS/cm, siendo el doble de los sólidos totales disueltos
en mg/l³: Valor máximo permitido según la Resolución 357 de CONAMA
Observaciones: Las mediciones en gris no serán consideradas para la evaluación presente.
Las mediciones en rojo son parámetros arriba de los valores máximos permitidos.
El autor seleccionó algunos datos y los comparó con la Portaría nº 518 del
Ministerio de la Salud (hoy sustituida por la Portaría 2.914, pero que no presenta
diferencias en eses parámetros) (Jaques, 2005). Esa selección se presenta en la
Tabla 7.

29
Tabla 7 – Calidad del agua de la lluvia comparada con la Portaría 518
Parámetro Unidad Tejado amianto
Tejado
cerámico
Cisterna (tejado
cerámico)
VMP
(Portaría 518)
Aluminio mg/l 0,01 0,00 0,00 0,2
Amonio mg/l 0,83 0,9 0,68 1,5
Cloruros mg/l 11,92 10,90 13,95 250
Coliformes fecales NMP 6,14 x 10² 2,96 x 10² 1,31 x 10¹ Ausencia
Coliformes totales NMP 1,40 x 10³ 1,79 x 10³ 2,49 x 10³ Ausencia
Color aparente mg PtCo/l 30,04 21,07 5,00 15
Dureza mg/l CaCO3 38,43 16,37 11,78 500
Hierro mg/l 0,49 0,21 0,02 0,3
Olor - No objetable No objetable No objetable No objetable
Gusto - No objetable No objetable No objetable No objetable
pH - 7,35 6,49 5,13 6,0 ~ 9,5
Turbiedad UT 8,68 8,24 4,70 5
Notamos en la Tabla 7 que la mayor parte de los parámetros atienden la
potabilidad, excepto los biológicos y algunos pocos más y en algunos casos. Notase
que en la cisterna el tejado es de zinc y no cerámico como indicado en esa tabla. Es
importante percibir que los puntos P2 y P3 tienen diversas medidas durante el
tiempo de captación. Los parámetros empiezan altos en el tiempo cero y se van
bajando con el tiempo de la lluvia. Eses parámetros están indicados en los gráficos a
seguir levantados a partir del mismo trabajo. Por simplificación, consideraremos
apenas algunos parámetros juzgados los más importantes por ser más críticos o
más significativos. Serán ellos el pH y la conductividad, que podrán ser mensurados
en línea, el color y la turbiedad, que son parámetros importantes para la potabilidad
y se mostraran altos en la captación en techos, llegando a valores más elevados que
los considerados máximos permitidos por la Portaría 2.914. Ya los coliformes totales
y fecales, deben estar ausentes en muestras de 100 ml, según la misma Portaría.
Finalmente la DBO y la DQO, que, mientras no sea monitoreada por la Portaría, en
aguas dulces de Clase 1, según la Resolución del “Conselho Nacional do Meio
Ambiente” nº 357 de 2005 (BRASIL, 2005), la DBO5 debe estar por debajo de los 3
mg/l y presentase más elevada en algunos casos. Entonces, abajo, presentamos, en
el Gráfico 1 estos parámetros.
Notase que los puntos P1 y P4, que no tienen coletas en el tiempo, fueran
considerados como se los fueran, para facilitar la visualización. Los valores máximos
permitidos por la legislación están en líneas discontinuas, así como el mínimo para
el pH. Mientras no fue encontrado en las normas un valor máximo para DQO,
consideramos esto en 30 mg/l para facilitar la visualización también.

30
De una manera general, excepto el pH, los parámetros bajan con el tiempo de
lluvia. Hay algunas incoherencias en el punto P3, el techo cerámico, mientras no se
tenga una investigación sobre eso por parte del autor. Esa situación puede ter
ocurrido sea por el tipo del techo o por ser un techo antiguo y quizás sin
mantenimiento.
Además, é interesante notar que los parámetros inorgánicos, en los dos
puntos en que fue hecho coletas al largo del tiempo, empiezan más altos y caen,
siendo arrastrados por la escorrentía del agua por el techo. Ese facto comprueba la
necesidad del lavado del tejado con la primera agua.
Confirmase que los sólidos totales disueltos, representados por la
conductividad, están bien debajo del valor máximo permitido, que es 1.000 mg/l, o
cerca de 2.000 μS/cm, de modo que ese parámetro realmente no será un problema
para ser atacado en el tratamiento. Ya color, turbiedad, DBO, DQO y los coliformes
totales y fecales están altos, necesitando de tratamiento. El uso de un desinfectante
oxidante, como el cloro o el ozono, y una barrera física para impedir el paso de los
orgánicos, tienden a solucionar eses problemas. También es posible que se tenga
problemas con el bajo pH del agua. En las muestras el valor oscila entre 5,1 y 7,6.
Así ele podrá estar por debajo del valor mínimo permitido. En ese caso es necesario
hacer una alcalinización del agua. Una alternativa puede ser la colocación de algún
carbonato o bicarbonato de sodio o calcio.
Es importante notar que, entre los parámetros no considerados, en hierro
presentó, en dos ocasiones, valores arriba de lo máximo permitido, los dos casos en
la primera lluvia de los dos techos acompañados por el tiempo, cayendo logo para
valores considerados dentro de los padrones de potabilidad. También los sólidos
suspensos presentan valores bien altos en la primera agua, también cayendo
significativamente posteriormente.

31
Gráfico 1 – Parámetros considerados a partir del trabajo

32
4 EL USO DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS
Mientras, las aguas pluviales presentan DBO, DQO, turbidez, color, sólidos
suspensos, contaminantes orgánicos e incluso coliformes fecales, los sólidos
disueltos en el agua están normalmente debajo de los niveles máximos de
potabilidad, como ya visto arriba. Con eso somos llevados a pensar en un sistema
que, además de una oxidación, que garantice la ausencia de materia orgánica y
microorganismos, traiga una manera de obtenerse una calidad que permita que el
agua sea considerada potable, bajando los contaminantes descritos arriba. Hoy los
avances en la tecnología de membranas hacen con que se mire eses elementos
como una buena posibilidad de solución de eses problemas.
Como no hay una necesidad imperiosa de quitarse los minerales disueltos,
membranas de ósmosis inversa o nanofiltración quizá no sean la opción más
adecuada. Todavía, la ultrafiltración o la microfiltración puedan ser las opciones más
viables, puesto que bajan los niveles de los contaminantes citados arriba sin la
capacidad de afectar significativamente los sólidos disueltos.
Para eso será necesario determinar el poro de la membrana dentro de las
opciones comerciales disponibles que presenten una buena reducción de los
contaminantes sin que se entupan en corto espacio de tiempo de utilización, lo que
traería la inviabilidad comercial del proyecto. Sabemos que un poro de 0,2 μm es
suficiente para evitarse el pasaje de bacterias, pero, según Valle (2011) no es
suficiente para quitarse adecuadamente la contaminación orgánica. Por otro lado, en
una membrana con corte de 10.000 Daltons de peso molecular, es eliminada grande
parte de los contaminantes orgánicos.
Tenemos membranas comerciales con puntos de corte de 10 y de 20 kDa,
para utilización en procesos industriales. Por otro lado, hay membranas con corte en
100 kDa, con un poro de 0,04 μm, y hasta más grandes.
Será importante acompañarse los parámetros de eses contaminantes bien
como pH y conductividad, que podrá darnos una idea de los sólidos disueltos en el
agua bruta de la lluvia y en el agua pluvial tratada.

33
La manera es hacer la selección de la membrana a partir de la más abierta,
siendo que, cuanto más abierta sea, más grande será la durabilidad del elemento,
puesto que dejará pasar más contaminantes. Como el objetivo no es generar agua
ultrapura, sino potable, la intención no es remover todos los contaminantes, sino lo
suficiente para garantizar la potabilidad.
Creemos que membranas con corte de 0,3 μm o mismo 0,2 μm no sean muy
adecuada por dejar que los orgánicos de menor tamaño pasen, entre ellos los virus y
grande parte de las endotoxinas, y posiblemente presenten baja reducción de DBO y
DQO. Ya las de corte en bajo peso molecular deberán se ensuciar muy temprano.
Así siendo, nuestra opción para iniciarse los testes será la membrana de 50 kDa.
Caso, en los testes, no se consiga una reducción significativa de los contaminantes,
se utilizará membranas con un punto de corte más pequeño.
Tenemos tipos diversos de presentación de las membranas, así como el
material con que son hechas. Las membranas comerciales más comunes pueden
ser de fibras huecas cerámicas u orgánicas. También hay las de hojas finas
espirales. Esas últimas solamente orgánicas.
Figura 5 – Filtración Tangencial o Transversal
FILTRACIÓN TANGENCIAL
Fuente: Osmonics (1997).

34
Los filtros de membranas se valen de un método llamado de filtración
transversal (crossflow filtration, en inglés), conocido también como filtración
tangencial. Según Osmonics (1997), ese es un proceso en que el agua, bajo
presión, pasa tangencialmente por la membrana, con una parte del caudal de agua
cruzando la membrana y otra parte siendo rechazada, barriendo la superficie de la
membrana y saliendo del sistema arrastrando las partículas. El primer flujo es el
filtrado (conforme el tipo de membrana cambia su nombre) y el segundo es llamado
de concentrado o rechazo. Ese caudal lleva los contaminantes concentrados que
fueran rechazados por la membrana. Distintamente de otro proceso en que el flujo
es perpendicular a la membrana, la filtración directa, donde hay un aprovechamiento
de 100% del agua, pero los contaminantes quédanse sobre la superficie de la
membrana, en ese método, los contaminantes arrastrados por el concentrado y el
agua filtrada fluyen paralelamente a la membrana.
La filtración tangencial permite una remoción continua de los contaminantes,
algo que un elemento de flujo directo no es posible, por la obstrucción de los poros.
La desventaja del uso de la filtración tangencial es el no aprovechamiento del
volumen total del agua de abasto, que es el precio a se pagar para una durabilidad
mayor del elemento filtrante. Se puede ilustrar la opción por un u otro método de
manera económica. Cuando el agua es cara y el elemento filtrante barato, se usa la
filtración directa, pero cuando el agua es más barata que el elemento filtrante, la
opción es por la filtración tangencial.

35
Gráfico 2 – Espectro de Filtración
4.1 ELEMENTOS DE FILTRACIÓN POR MEMBRANAS
El desarrollo de las membranas de filtración llegó a un punto donde se puede
clasificarlas en cinco tipos, conforme muestra el Gráfico 2. Esa clasificación tiene
como base el tamaño del poro del filme. Esa clasificación no es algo absoluto,
puesto ser difícil delimitarse un local en que se termina un tipo de membranas y
empieza el siguiente. Así siendo, tenemos la filtración, la microfiltración, la
ultrafiltración, la nanofiltración y la hiperfiltración, esa última más conocida por
ósmosis inversa. Como indicado en la literatura especializada, básicamente los
elementos con poros que quitan partículas hasta cerca de 1 μm es llamada de
filtración. En el rango de cerca 1 μm hasta 50 nm es la microfiltración. Cabe notar en
ese punto que ya se comienza a citarse el peso molecular de las partículas a ser
rechazadas en ese tipo de membrana, entre los 500 y los 100 kDa. Llamase de
ultrafiltración los elementos que tienen su punto de corte entre 100 y 2 nm, o entre
los 200 y los 100 kDa. Las dos membranas más cerradas, presentan otro fenómeno

36
mostrado en las Figuras 8 y 9. Hay una formación de una capa limítrofe de agua en
velocidad cero que pasa a rechazar también las sales disueltas en el agua. Así,
tenemos la nanofiltración en un rango entre 10 y 1 nm (20 y 0,2 kDa) y la ósmosis
inversa en el rango de 3 y 0,1 nm (por debajo de 1 kDa). Es conveniente notarse que
eses valores son apenas indicativos, habiendo variación conforme el autor.
Conforme publicación de National Drinking Water Clearinghouse (1999),
presentase en la Figura 6, un diagrama de flujo para la elección del tipo de
membrana más adecuado. Ese diagrama fue desarrollado por la American Water
Works Association en 1993.
Figura 6 – Elección del tipo de membrana
Fuente: NDWC (1999).

37
4.2 FILTRACIÓN
La filtración es el primer proceso de separación que surgió. Desde tiempos
inmemoriales el hombre filtra el agua con arena. Los filtros de una capa o de multi-capas
sieguen el mismo principio de filtración. Posteriormente fueran desarrollados
filtros de cartuchos de celulosa, algodón, metálicos, cerámicos y orgánicos de
polímeros sintéticos, evolucionando para membranas. Eses filtros normalmente
utilizan filtración directa. Operan con bajas presiones diferenciales en los más
distintos procesos desde una simples remoción de partículas del agua hasta como
pre-tratamiento de procesos más sofisticados.
4.3 MICROFILTRACIÓN
Las membranas de microfiltración son filtros absolutos típicamente situados
en un rango por debajo de 1 μm, llegándose hasta unos 50 μm. Actualmente ellos
existen en cartuchos o discos de membrana cerámica, metálica o polimérica. Existen
tanto con filtración directa, mucho utilizados en la industria farmacéutica, cosmética y
médico-hospitalaria para evitarse el paso de bacterias en el proceso donde se
encuentran, como con filtración tangencial en procesos más desarrollados. Operan
con bajas presiones diferenciales.
Figura 7 – Microfiltración
La microfiltración tangencial reduce substancialmente la frecuencia de cambio
del medio filtrante, comparada al mismo proceso con la filtración directa. Eso ocurre

38
pues hay una auto-limpieza constante del elemento filtrante. Los sistemas con filtros
transversales presentan siempre un investimento inicial más elevado en
comparación con los sistemas con filtración directa, entretanto sus costos
operacionales tienden a ser más pequeños. La microfiltración no deja pasar
bacterias, hongos, y compuestos orgánicos de peso molecular grande.
4.4 ULTRAFILTRACIÓN
La ultrafiltración es similar a la microfiltración y su diferencia ocurre solamente
en el rango del rechazo. Es posible decir que hay un rango de rechazo en que unos
fabricantes dicen tratarse de ultrafiltración y otros de microfiltración.
O sea, hay una franja de intersección entre las dos clasificaciones en que no
hay certeza en que clase colocarse la membrana.
Dicen que es una clasificación meramente académica. Por otro lado,
distintamente de la microfiltración, no es común verse en la literatura la descripción
del tamaño del poro de la membrana, pero si, el peso molecular de corte. Así, un
fabricante dice que tiene una membrana de ultrafiltración con corte en 100 kDa
mientras otro dice que fabrica una membrana de microfiltración de 0,04 μm, y las
dos, en los testes, muéstranse equivalentes.
Figura 8 – Ultrafiltración

39
Entretanto, como tienen poros menores, trabajan con presiones diferenciales
más grandes. La ultrafiltración remueve compuestos orgánicos de peso molecular
más pequeño que la microfiltración, colóides, microorganismos, endotoxinas,
proteínas, pero deja pasar compuestos orgánicos de bajo peso molecular, como la
sacarosa, bien como iones.
4.5 NANOFILTRACIÓN
Al reducirse los poros de las membranas, llegase a la nano filtración. Donde
hay el rechazo de compuestos con pesos moleculares entre 200 y 0,2 kDa. En ese
rango, surge un fenómeno en que una capa de agua con velocidad nula, cargada
iónicamente empiezan a rechazar las sales disueltas en el proprio caudal. Así, hay
rechazo de iones, típicamente iones de valencia más grande. Ese proceso ocurre
con presiones grandes y es un método utilizado para suavización del agua sin
cambio iónico y también utilizado remoción de compuestos orgánicos de peso
molecular más bajo.
Figura 9 – Nanofiltración
4.6 ÓSMOSIS INVERSA
El proceso de hiperfiltración, más conocido como ósmosis inversa, fue el
primero proceso de separación por separación tangencial ampliamente
comercializado. La ósmosis inversa remueve la mayor parte de los compuestos
orgánicos y hacia los 99% de los iones. Es posible seleccionar los tipos de

40
elementos de ósmosis inversa conforme las condiciones del agua del abasto y
requerimientos del proceso. Trabaja con altas presiones diferenciales habiendo
elementos capaces de desalar aguas marinas.
Figura 10 – Hiperfiltración
El proceso de ósmosis inversa es energéticamente más eficiente que
procesos que utilizan cambio de fase para desalar el agua y más fáciles de operar y
ambientalmente más seguros que procesos que utilizan resinas de cambio iónico.
4.7 EQUIPOS CON ELEMENTOS DE FILTRACIÓN TANGENCIAL
Un equipo de filtración tangencial tiene un flujo de entrada y dos de salida, por
definición. Hay un flujo de abasto, un flujo de rechazo o concentrado y un flujo de
filtrado, que cambia de nombre conforme el proceso (microfiltrado, ultrafiltrado o
permeado). Para tenerse la operación de la filtración tangencial, es necesario
tenerse una presión para que el elemento opere adecuadamente. Eso es obtenido
con una bomba en la entrada del sistema y una válvula en el caudal de rechazo. Así
siendo se obtiene la presión adecuada poniéndose la bomba a rodar y apretándose
la válvula, dejándose libre el caudal de filtrado. Es importante en ese proceso haber
una válvula solenoide que cierre la entrada de agua o las salidas, de modo que no
haya un caudal residual sobre la membranas, puesto que, sometidas a esas
condiciones, tendrán su vida encortada, pues, con bajo flujo, habrá la tendencia de
acumulación de sólidos sobre su pared.

41
4.8 ELECCIÓN DE LA MEMBRANA
Definido el tipo de membrana como siendo de ultrafiltración, tomándose en
consideración que no se tiene que quitar sales del agua de la lluvia, puesto que los
sólidos disueltos presentan niveles de los valores máximos permitidos por la
legislación para agua potable.
Buscando apoyo en la literatura, el NDWC (1999) citando la U.S.
Environmental Protection Agency (1998), presenta características de los tipos de
membranas, presentadas en las Cuadro 3.
Cuadro 3 – Características de las membranas para filtración de aguas superficiales
Fuente: NDWC (1999).

42
Un gráfico que presenta diversos contaminantes organizados por tamaño está
presentado en el Gráfico 2, de Osmonics (1997), donde es posible localizar en valor
de corte de la membrana para la remoción adecuada.
Ya Muir (2009) presenta el Gráfico 3, hecha por Klaine (2008) donde están los
principales contaminantes orgánicos del agua según su tamaño.
Otro autor a ser considerado es Ranville e Schmiermund (1999), que presenta
el Gráfico 4 siguiente, clasificando coloides, argilas, complejos argila-orgánicos y
microorganismos por tamaño.
Gráfico 3 – Contaminantes orgánicos presentes en el agua y el método de detección
Fuente: Muir (2009).

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Gráfico 4 – Contaminantes presentes en el agua
Fuente: Ranville e Schmiermund (1999).
Así con membranas comerciales de 20 nm se puede remover algas, bacterias
y una parte muy significativa de virus bien como de los contaminantes orgánicos.
Ese tamaño de poro equivale a una membrana con corte en 50 kDa. Una membrana
con un valor de corte más bajo ciertamente haría une remoción mejor de los
contaminantes, mientras su riesgo de obstrucción se queda más alto. Tenemos que
tener en cuenta que no sólo la membrana estará presente para la remoción de los
contaminantes, pues el agua de la lluvia acumulada será sometida a un
desinfectante que oxidará grande parte de los compuestos orgánicos presentes en
esa agua, incluyendo los microorganismos.
Lo Cuadro 4 presenta la membrana que será utilizada, con área de 2 m², poro
de 0,02μm y corte de 50 kDa, manufacturada por Pam Membranas Seletivas. Esa
membrana es de fibra hueca de polietersulfona. Por su construcción, ese tipo de
membrana puede ser retrolavada, lo que aumenta su vida útil. Es importante
respetar una presión de retrolavado de 2 bar. Así, por tenerse el reservatorio de
distribución más elevado que el aparado de ultrafiltración, la propia columna de agua
de la tubería de alimentación del reservatorio se quedará en flujo inverso por sobre a
membrana, saliendo por la válvula de rechazo del equipo, haciendo el retrolavado

44
hasta agostarse el agua. Como la altura del tanque de distribución para el prototipo
será de 2 metros, la presión máxima de retrolavado se quedará en 0,2 bar y el
caudal será el volumen interno de la tubería. Utilizándose una tubería con diámetro
de 40 pulgadas para el fornecimiento del ultrafiltrado hasta el tanque de distribución,
tendremos un volumen el ella de cerca de 2,5 litros que será el volumen utilizado
para el retrolavado.
Cuadro 4 – Especificaciones de la membrana UF02 (PAM)
PAM MEMBRANAS SELETIVAS – Membrana modelo PAM UF-02
Construcción Fibras Huecas VALORES MÁXIMOS unidad
Material Polietersulfrona Presión de operación 5 bar
Área útil 2 m² Caudal de operación 800 l/h
Diámetro externo 0,8 hasta 0,9 mm Temperatura 55ºC
Corte 50 kDa Turbiedad 10 NTU
Retención partículas 95% Presión retrolavado 1 bar
Fuente: Autor.
La membrana escogida tiene una producción de ultrafiltrado de 160 l/h / m² a
los 2 bar de presión, como mostrado en el Gráfico 5. Puede operar hasta los 5 bar
de presión, generando una producción más elevada. Es importante notar que estos
datos son válidos para la operación con agua pura, habiendo variación conforme el
fluido a ser ultrafiltrado.
También es importante notar que la filtración ocurre de fuera para dentro de
las fibras, habiendo un mejor desempeño con fluidos con sólidos suspendidos,
respectándose una turbiedad máxima de 10 NTU.

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Gráfico 5 – Permeabilidad de la membrana de ultrafiltración (PAM UF-02)
Fuente: PAM.

46
5 SISTEMA PROPUESTO
El sistema piloto de captación y tratamiento del agua de la lluvia está descrito abajo:
a) Parrilla: Para evitar que sólidos groseros atinjan el restante del sistema;
b) Tanque de Descarte: Según Santos (2008) debe tener cerca de 1 l/m²
de tejado. Su utilización se apoya en la necesidad del descarte de la
primera agua, que carrea la contaminación más grosera del techo;
c) Tanque de Captación: Tanque que acumulará el agua de la lluvia en
estado bruto. Mientras trabaje como un pulmón para el tratamiento de
agua principal, tendrá la inyección del desinfectante del agua, sea
ultravioleta, cloro u ozono. Con boyas para automatizar la acción del
desinfectante y para la operación del equipo principal. En su entrada
tendrá un filtro de bolsa de 100 μm o más, utilizado para la remoción de
partículas más finas anterior al tanque de captación;
d) Ultrafiltración: Equipo principal del sistema, planease un piloto con
capacidad de filtración entre 80 y 160 l/h;
e) Tanque de distribución: Tanque suficiente para la acumulación del
agua para el consumo de la empresa. Ese tanque también tendrá un
sistema para automatización del equipo y, si necesario, un sistema
propio de desinfección del agua;
f) Uso final del agua: Por tratarse de una empresa que fabrica otros
equipos, hay una demanda de agua para los testes de los mismos,
siendo que ese sistema irá fornecer agua de buena calidad para que
sean efectuados eses testes, con una economía de agua de la red
pública, bajando los costos operacionales de la empresa.

47
Figura 11 – Diagrama de flujo propuesto para el sistema de tratamiento de agua de
lluvia
Fuente: Autor.
5.1 DISEÑO DEL SISTEMA
Para hacerse el diseño del sistema que atienda las necesidades de la planta
piloto y tenga alguna viabilidad comercial, se utilizará siempre que posible, los
componentes que existan comercialmente, de modo a garantizar una buena
operación del sistema como un todo y una economía razonable en el proyecto. En
un primer momento se hará el levantamiento teórico del sistema como un todo y de
sus partes, a partir de la literatura disponible, de los fabricantes locales de los
componentes y de la experiencia acumulada.
Conforme recomendado por Santos (2008) las tuberías y conexiones de coleta y
entrada en los tanques de descarte y captación deben ser hechas según la norma
ABNT NBR 8160, de 1999, que versa sobre alcantarillado y las tuberías y
conexiones que salen del tanque de captación hasta la distribución del agua deben
seguir la norma ABNT NBR 5626, de 1998. O sea, toda la tubería y conexiones que

48
van desde la recolecta del agua en techo hasta la entrada del tanque de captación
son consideradas como siendo de alcantarillado y las que salen de esto tanque son
consideradas como de agua potable.
5.1.1 Parrilla
Este componente existe en el mercado, justamente para esa aplicación. En la
Figura 12 tenemos un modelo comercial (AUXTRAT modelo AC250). Según el
fabricante presenta una capacidad de hasta 10 m³/h y puede ser utilizado para
techos de hasta 250 m². Ese producto es incorrectamente llamado de “Filtro
Separador de Particulados”, mientras opere no como un filtro, pero como una parrilla
para separación de sólidos más groseros.
Estos son separados del caudal del agua por la parrilla, evitando que lleguen
hasta el tanque de descarte, ya que podrían obstruirlo o a la tubería. Otro modelo es
presentado por FORTLEV, como acompañante del tanque modelo SLIM, en la
Figura 13. Esta parrilla tiene una construcción más simples, teniendo la grade con
malla de 5 mm, sobrepuesta a la caja de modo que los sólidos suspensos son
bloqueados en la grade y impedidos de seguir el caudal del agua pluvial.
Figura 12 – “Filtro Separador de Particulados” (AUXTRAT – AC250)

49
5.1.2 Tanque de Descarte
El tanque de descarte, conforme el autor presenta un volumen suficiente para
la drenaje de 1 mm de precipitación, o sea 1 litro por m² de techo (SANTOS, 2008) o
0,4 hasta 2 mm (0,4 hasta 2 l/m²) según Pinheiro (2012). Adoptaremos 1 l/m², en
nuestro caso 95 litros. El tanque de descarte será hecho con tubería de
alcantarillado de 200 mm de diámetro, con conexiones en las extremidades. Para
tenerse el volumen calculado, la altura útil del tanque será de 3 metros. El tanque
está mostrado en la Figura 14, junto con en tanque de captación del sistema.
Figura 13 – Dispositivo Separador de Hojas (FORTLIT SLIM)
Así que el tanque de descarte esté lleno. Existen diversas maneras de
hacerse eso, siendo que los que consideraremos son el sistema por boya y el
sistema por vasos comunicantes, como indicado en la misma Figura 14.

50
Figura 14 – Diagrama de flujo de los tanques de descarte y captación
Fuente: Autor.
El tanque de descarte debe tener condiciones de captar el volumen de la
primera agua y, así que cumplir su objetivo, desviar el flujo para el paso siguiente del
proceso. También debe presentar un sistema de descarte del agua acumulada, de
modo que, así que cesar la lluvia, esté listo para colectar la primera agua de la
próxima captación.
El primero tipo tiene una tubería sola abierta para los dos tanques,
interconectados por una junción “y” o mismo una conexión “t”. El tanque de descarte
es el primer a recibir el agua, por características hidráulicas de la tubería, y presenta
una boya que cierra mecánicamente el paso del agua al llenarse el tanque,
desviando el flujo para el tanque de captación.
En el segundo, la tubería de drenaje del techo llega solamente al tanque de
descarte, sin la presencia de boya, habiendo otra tubería más debajo de esto, que
se comunica con el topo del tanque de captación, de modo que el exceso de agua
del tanque de descarte, extravasa para el segundo tanque.

51
La ventaja del segundo sistema es que el agua llega en flujo laminar en
segundo tanque, no teniendo cualquier jorro de agua que pueda agitar severamente
el agua del tanque de captación y, consecuentemente lanzar eventuales partículas
que estén en su fundo para el paso siguiente del sistema.
Por otro lado, sólidos suspendidos que tengan pasado por la parrilla y que
estén presentes en el tanque de descarte pueden atingir el tanque de captación.
También en ese caso, el tanque de descarte debe estar por arriba del tanque de
captación, de modo que el sistema de vasos comunicantes opere correctamente. En
el caso de tubería con junción y boya, quien fornece el agua para el tanque de
captación es el propio techo, no necesitando que el tanque de descarte se quede
arriba de aquello.
Optamos por un sistema que será compuesto por una junción “y” de 100 mm,
que es el diámetro de la tubería que viene del techo, llegando a una reducción de
150 x 100. En la lateral de la junción saldrá la tubería que irá para el tanque de
captación. La salida inferior del “y” será conectada a la parte de 100 mm de la
reducción y en la parte de 150 mm habrá una pelota plástica hueca, llena de aire,
que funcionará como boya mecánica, impidiendo el paso del agua cuando el tanque
de descarte estuviere lleno.
Ya el sistema de drenaje del tanque de descarte puede ser manual o
automático. El sistema manual es interesante por su simplicidad, pero necesita del
operador que, muchas veces, puede olvidarse del procedimiento. O entonces puede
operar con un orificio inferior pequeño y abierto permanentemente, pero siempre
habrá una pequeña pierda de agua.
Figura 15 – Llave boya (ICOS LA16M-40)

52
Ya el sistema automático, mientras tenga un costo más elevado, garantiza
que siempre el sistema esté listo para el próximo uso, evitándose que el agua
presente en el tanque de captación reciba el agua del lavado del techo que es bien
más contaminada.
Ya el automatismo puede ser por tiempo, disparado por una llave boya, como
la llave modelo LA16M-40 fabricada por ICOS y mostrada en la Figura 15. Ella
detecta que el tanque de descarte esté lleno y debe estar instalada poco debajo de
la pelota de cierre de la tubería de entrada. Esta boya tiene una operación por un
“reed-switch” que es accionado magnéticamente. El uso de un temporizador
programable, como el NOVUS modelo NT240, presentado en la Figura 16, cumple
esa función.
Figura 16 – Temporizador programable (NOVUS NT240)
Ese temporizador acciona un dispositivo de drenaje así que transcurrirse un
tiempo programable después de la llave boya detectar que el tanque de descarte
esté lleno. Se puede programar para un o dos días, de modo que lluvias con poco
espaciamiento entre si no necesiten de un lavado del techo, pero, se no hay
precipitaciones en un tiempo más grande – lo suficiente para que el techo se
ensucie, la primera agua será descartada.

53
Para la operación adecuada se selecciona el Modo 7 de accionamiento, en
esa función, la salida es accionada descorrido un tiempo programado que puede ser
de 24 o 48 horas después de la llave boya iniciar la temporización. Ese tiempo es
suficiente para que, en caso de parada de la lluvia, el techo se ensucie.
Gráfico 6 – Modo seleccionado de accionamiento del temporizador programable
(NOVUS NT240)
En el Gráfico 6 se muestra, en la izquierda, el caso de dos accionamientos en
un tiempo menor que el programado, el tanque solo drenará cuando pasado el
tiempo accionado por el primero accionamiento (representado en el gráfico como
t1.SP. El tiempo en que el aparato permanecerá accionado (ou1.t) también será
programado, pero en función del tiempo que la bomba levará para drenar el tanque.
Ya en caso de lluvias que tengan una duración mayor que el tiempo
programable, como indicado en la derecha del gráfico, a cada período programado,
el tanque drenará y captará más agua para descarte. Eso implica en un cierto
desperdicio de agua, pero, por la facilidad de implementación, termina compensando
ese gasto desnecesario de agua con la automatización total del sistema.
Normalmente en sistemas de drenaje automáticos se utilizan válvulas
solenoides. Entretanto, como habrá suciedades en el agua a ser descartada, su
presencia puede entupir la válvula, trabar la misma abierta o mismo dañarla.

54
Figura 17 – Válvula de Descarga (ASTRA IDEAL)
En así siendo, optase por el uso de una válvula de descarga, que es abierta
por el accionamiento mecánico de su tapa, indicada en la Figura 17. Eso será hecho
por un solenoide de accionamiento que tirará la correa de la tapa de la válvula. Al
terminar el accionamiento, la válvula quedase en posición abierta hasta el
vaciamiento del tanque.
En el momento en que el temporizador acciona el solenoide, su operación tira
la correa que tira la tapa, abriendo el fondo del tanque de descarte para el dreno.
Ese sistema es lo mismo utilizado en inodoros.
El solenoide de accionamiento MULTICOIL HST 300.1 (Figura 18) presenta
curso de accionamiento de 20 mm y una fuerza para levantar 0,95 kg. Como la
altura del tanque será de cerca de 3 metros, la columna de agua que empurrará la
tapa de la válvula hasta abajo será de cerca de 0,3 bar, siendo que el aparato podrá
levantarla.
La válvula estará en el fondo del tanque, facilitando su drenaje y limpieza.Así
tenemos el tanque de descarte totalmente automatizado y de uso seguro para las
próximas etapas del sistema.

55
Figura 18 – Solenoide de Accionamiento (MULTICOIL HST 300.1)
5.1.3 Tanque de Captación
El tanque de captación de agua será una cisterna que se quedará en el nivel
del tanque de descarte. El cálculo del volumen de este tanque será hecho
posteriormente, concomitantemente con el cálculo del volumen del tanque de
distribución. Ese reservatorio tendrá un vertedor, para, en casos de lluvias mucho
intensas, el agua en exceso siega para la drenaje. En su entrada contará con un
filtro de bolsa de 100 μm o más grande.
Figura 19 – Reservatorio de Polietileno (FORTLEV SLIM)

56
Para su dimensionamiento, de modo que no trasborde y contamine con agua
más sucia el tanque, así como el dimensionamiento de la tubería de entrada en ese
tanque, calcula-se a partir de las lluvias intensas en la región. Estimase que, según
SMHSA (FLORIANÓPOLIS, 2009), haya series de 5 años con precipitación de 92
mm para lluvias con duración de una hora. Con eso y con 123 m² de área del techo,
no se considerando los factores de caída de rendimiento, 11,3 m³/h. Por lo tanto es
suficiente un filtro bolsa de 10” de altura, como el filtro LAFFI LNO-100-T3-S, y una
tubería de más de 50 mm de diámetro, que presentan capacidad para 16,5 l/h. Será
mantenida la tubería de 100 mm que viene del tanque. Ya para el trasborde del
mismo es posible se utilizar tubería de 50 mm.
Figura 20 – Filtro de bolsa (LAFFI LNO-100)
El tanque tendrá una recirculación constante, que permitirá la inyección del
desinfectante y el fornecimiento de agua para el equipo de ultrafiltración. Esa
recirculación será hecha por una bomba centrífuga que generará el caudal y la
presión suficientes para la operación. La captación no será exactamente en el fondo
del tanque, de modo que se tenga un volumen donde decantará eventuales sólidos
suspendidos que pasen por el filtro.
También tendrá una llave boya para protección de la electrobomba que será
responsable por la recirculación. Esa boya, con el nivel bajo parará el
funcionamiento de la bomba. Su operación se dará en caso de nivel mucho bajo la
bomba de recirculación, el inyector de desinfectante y el equipo de ultrafiltración se
quedarán desligados. Será utilizada la llave boya MAR-GIRIUS CB 2000, pues este
tipo de boya tiene un punto de ligar distinto del punto de desligar, evitando que haya

57
una operación forzada de la bomba en caso del agua estar en el límite de
conmutación.
En el fondo del tanque habrá una válvula manual para su vaciamiento total
para la limpieza.
Figura 21 – Llave boya (MAR-GIRIUS CB 2000)
5.1.4 Dimensionamiento de los Tanques
El volumen total acumulado, o sea, el total entre el tanque de captación y el
tanque de distribución puede ser calculado por diversos métodos. La Norma ABNT
NBR nº 15527, en su Anexo A, presenta diversos métodos, algunos más simples y
otros con mayor precisión en el cálculo.
El primer paso es saber cuál es la precipitación media en el local. Según
Jaques (2004), esa es de 1405,5 mm/año en Florianópolis. Ocurre que, conforme
nos indica Pinheiro (2012), el volumen aprovechable del agua no es todo lo que cae,
sino que hay un coeficiente de caída y la eficacia del sistema de captación. Entonces
tenemos:
Va = P x A x C x
Siendo Va el volumen aprovechable, P la precipitación, A el área, C el
coeficiente de caída, que, groso modo, puede se considerar como 0,8 y la
eficiencia que será algo entre 0,5 y 0,9. Como la precipitación cambia entre pocos
milímetros y valores bastante considerables y la primera agua es siempre función del

58
área del techo, si la lluvia es poca, es bajo, pero si la lluvia fuera consistente,
será elevado. Consideraremos acá como siendo 0,7.
Entonces, tenemos como volumen medio aprovechable:
Va = 1,4055 x 123 x 0,8 x 0,7 = 96,81 m³ anuales.
Para el cálculo del volumen de acumulación tenemos, según la Norma citada
anteriormente:
a) Método de Rippl, que considera las series históricas mensuales o
diarias y la demanda del consumidor;
b) Método de Simulación, que considera también las series históricas
mensuales y la demanda del consumidor;
c) Método de Azevedo Neto, también conocido como Método Práctico
Brasileño, que presenta poca exactitud y no considera la demanda;
d) Método Práctico Alemán, que parte de un volumen adoptado y de la
demanda, pero también no es muy precisa;
e) Método Práctico Inglés, que es bastante sencillo y poco preciso;
f) Método Práctico Australiano, que considera la demanda y se aproxima
del método de la simulación.
Los métodos prácticos todos consideran las series históricas. Mientras el
Método Australiano sea más preciso, como estamos haciendo una simulación en un
piloto, utilizaremos el Método Práctico Inglés, cual sea:
V = 0,05 x P x A
Siendo V el volumen de agua del reservatorio en litros, P, la precipitación
media anual en milímetros, A es el área del techo, así siendo, el volumen total de
acumulación será
V = 0,05 x 1763,81x 123 = 10.847 litros

59
Entonces el volumen del tanque de captación sumado con el de acumulación
debe tener el valor de 11 m³.
Para un uso real es necesario confirmarse eses valores a partir de métodos
más precisos, como el Método de Simulación o el Método Práctico Australiano.
Usaremos en el tanque de distribución un volumen de 1.000 litros. Ese
volumen es obtenido considerándose el consumo de agua de la empresa y la
capacidad de producción del ultrafiltrado. El consumo será 300 l/día y
posteriormente 500 l/día, así, con 1.000 litros tendremos agua suficiente para 3 y
posteriormente 2 días, en caso de falla del equipo de ultrafiltración. Este tanque será
el mismo que recibe el agua potable de la red pública. Por otro lado, en la peor
situación, el equipo producirá desde 80 hasta 160 l/h, entonces el equipo llenará el
tanque en peor caso en medio día y el tiempo de autonomía del tanque para el
consumo de la empresa será de poco más de 3 días.
Como la ultrafiltración del agua es lenta, considerándose el caudal de una
lluvia torrencial, el volumen total calculado será estipulado para el tanque de
captación. De ese modo, a esto tanque cabrán 10 m³. Por razones de practicidad,
tiendo en vista la empresa no tener aun un local destinado para ese tanque más
grande, se opta por una acumulación menor de 2 m³, por ya existir un producto
bastante adecuado a ese uso, el reservatorio FORTLEV SLIM, con ese volumen y
de proporciones pequeñas, bastante adecuado a espacios reducidos.
Posteriormente, por ser más condecente la utilización de un tanque con 10 m³, la
empresa destinará un espacio en la planta para ello, pero para la planta piloto es
suficiente un volumen menor. Para ese volumen confirmase el uso del generador de
200 mg/h. Para volúmenes más grandes, el mismo fabricante tiene reservatorios de
5 m³, para uso enterrado que son, incluso, resistentes a la circulación de vehículos.
Se objetiva mantener el tanque de distribución sin inyección directa del
desinfectante, siendo que a ello llegará el ozono que pasará del tanque de captación
por intermedio del equipo de ultrafiltración. Como la media vida del ozono es curta,
podrá ser necesaria alguna otra providencia para la protección del agua del tanque
de distribución. Una alternativa seria un pequeño retorno del agua del tanque de

60
distribución para el de captación, de modo que haya una operación intermitente del
equipo de ultrafiltración, por lo cual el ozono atinge el tanque superior.
5.2 DESINFECCIÓN
La desinfección del sistema es importante, ya que el agua de lluvia tiene una
carga microbiana y, además, contaminantes orgánicos que pueden causar perjuicios
a los usuarios, además considerándose que el objetivo es su potabilización. Se
puede potabilizar el agua en el tanque de captación o en el tanque de distribución.
La ventaja de hacerse eso en el primero tanque es la disminución de la carga
orgánica que llegará al equipo de ultrafiltración, la desventaja es que la membrana
misma sufre algún desgaste con la exposición al agente oxidante. Ese agente
además pasará por la membrana atingiendo el tanque de distribución que también
recibirá el agua de la red pública que también presenta un agente desinfectante.
La desinfección podrá ser hecha por exposición del agua a luz ultravioleta,
dosificación de cloro, o inyección de ozono.
El uso de ultravioleta es útil para la esterilización del agua, pues la radiación
actúa sobre los micro-organismos presentes en el agua, destruyéndolos. Entretanto
su acción es perjudicada fuertemente por la presencia de turbiedad en el agua. De
mismo modo, para hacerse una oxidación completa de toda la materia orgánica
presente en el agua, será necesarias intensidades bastante largas de radiación, lo
que hace que sea necesarias potencias bastante elevadas, y por lo tanto, caros. La
radiación ultravioleta actúa sobre el ADN de los microorganismos, causando su
inviabilidad. Ello no destruye las células y, en caso de formación de biopelícula en
las paredes del tanque no actuará también sobre ella. Así su eficiencia para la
potabilización de agua no se queda muy adecuada.
Ya el cloro tiene como ventaja su efecto residual. El uso de pastillas de
hidróxido de calcio, mientras sea un proceso bastante sencillo, no permite un control
preciso sobre da concentración del desinfectante en el agua. El cloro actúa en el
citoplasma de los microorganismos, llevándolos hasta el rompimiento de la pared
celular. Así, es más eficiente que el ultravioleta, pero genera endotoxinas, que nada

61
más son que pedazos de proteínas de las células que caen en la circulación del
agua. Es también preocupante a posibilidad de formación de trihalometanos, ya que
ciertamente tendremos materia orgánica en el agua de la lluvia.
Es importante notar que el volumen del agua en el tanque será variable, pues,
distintamente del fornecimiento de agua potable de la red o mismo el agua de algún
manantial, no es constante. Entonces habrá momentos en que el tanque estará
completo y en otros, totalmente vacío. En lo más de las veces ello estará con alguna
cantidad de agua entre el máximo y el mínimo. Hacer la dosificación de pastillas de
cloro y mantener dentro de la banda considerada, entre 0,5 y 3 mg/l de cloros
residual, según la Norma ABNT NBR 15527, es prácticamente imposible.
Ya la dosificación de hipoclorito de sodio se queda más fácil de controlar, por
intermedio de un controlador de ORP, así como la generación y inyección de ozono.
El ozono es un oxidante mucho más fuerte que el cloro. Eso tiene un potencial
de oxidación de 1,36 V, aquello llega a 2,07. Distintamente del cloro, el ozono actúa
directamente en la pared celular, oxidando los microorganismos de fuera para
dentro, no generando endotoxinas. También no genera trihalometanos y tiene como
producto de su descomposición solamente el oxígeno.
Figura 22 – Controlador de ORP (HANNA BL982411)
Ese controlador es un instrumento que mide e acciona un equipo conforme el
valor de ORP este abajo o arriba de un determinado valor ajustado. El instrumento
de la Figura 22 es fabricado por HANNA INSTRUMENTS modelo BL982411. El ORP
es una medida de la reacción de oxidación-reducción en el agua. Para se tener un

62
bueno efecto oxidante del desinfectante en el agua, se necesita tener un
determinado valor de ORP.
Ese valor es mensurado en mV y cuanto más positivo, más oxidante está el
ambiente y cuanto más negativo más reductor lo es. Así, para tenerse una
determinada concentración de desinfectante, sea o cloro o sea el ozono, habrá un
determinado potencial de ORP. Se ese potencial estuviere más positivo que lo
ajustado, hay exceso de desinfectante y, por lo tanto, la bomba dosificadora o el
generador deberá ser desligado. Pero, si el valor estuviere abajo, el controlador liga
el equipo que seguirá inyectando el producto.
La escolla entre el cloro y el ozono pasa por la seguridad de manoseo y de la
dosificación correcta. El cloro necesita ser adquirido, transportado y dosificado,
mientras el ozono es generado in situ. La bomba dosificadora de cloro tiene un costo
menor que el generador de ozono, pero necesita la adquisición constante del
hipoclorito de sodio, ya el generador de ozono solo necesita del aire ambiente para
generar el producto. Por otro lado, el cloro tiene una media vida longa y el ozono
necesita ser generado constantemente por tener su media vida muy corta.
Optamos por la segunda alternativa por la seguridad y la facilidad de control.
La Figura 23 muestra el modelo Diamond Panozon que genera 200 mg/h de ozono,
indicado pelo fabricante para utilización en piletas con volumen entre 8 y 25 m³.
Como estamos utilizando un tanque cerrado de 2 m³ y tendremos una carga
orgánica menor que en una piscina abierta la generación propuesta es suficiente y
hasta mayor que el necesario. El controlador de ORP mantendrá esa concentración
en un valor considerado adecuado.

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