Guía técnica para la elaboración de sistemas alternativos de captación de agua pluvial. Parte 2
En esta segunda entrega se profundiza en los cálculos hidráulicos, el dimensionamiento de tanques, la selección de equipos de bombeo y los criterios de operación para sistemas pluviales y de reúso.
En la primera parte de este artículo se abordaron los fundamentos normativos y conceptuales del aprovechamiento de agua pluvial en edificaciones. En esta segunda entrega se profundiza en los cálculos hidráulicos, el dimensionamiento de tanques, la selección de equipos de bombeo y los criterios de operación para sistemas pluviales y de reúso, conforme a la normatividad vigente en la Ciudad de México.
Aprovechamiento pluvial: suministro a muebles sanitarios
Para calcular la línea de abastecimiento hacia muebles sanitarios (inodoros, llaves de nariz, mingitorios, etc.), se utilizan las unidades mueble hidráulicas establecidas en la Tabla 2.14 de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Ejecución de Obras e Instalaciones Hidráulicas del Reglamento de Construcciones de la CDMX.
El procedimiento consiste en:
- Sumar las unidades mueble desde el punto de alimentación hasta el mueble más alejado.
- Convertir estas unidades en gasto hidráulico (L/s).
- Determinar el diámetro de la tubería de agua fría a partir de la fórmula de continuidad:
Q = V × A A = Q / V D = √(4Q / πV)
Donde:
Q = gasto de diseño [L/s].
V = velocidad de diseño en la tubería [m/s].
A = área de sección transversal [m²].
D = diámetro interior de la tubería [m].
Nota: La guía permite utilizar otros métodos de cálculo siempre que se anexen las fórmulas desglosadas para su revisión, agilizando el trámite de aprobación.
Tanques elevados: presión por gravedad y continuidad de servicio
El tanque elevado es esencial para garantizar el almacenamiento y una distribución confiable. Su colocación sobre la azotea permite que la presión hidroestática abastezca muebles sanitarios y equipos, reduciendo la dependencia del bombeo continuo.
El agua, previamente captada y filtrada en la cisterna pluvial, se conduce hacia los tinacos elevados que operan como pulmón de regulación y aseguran el suministro aún en caso de cortes eléctricos o paros de bombas.
Equipos de bombeo: gasto, CDT y selección por curvas
- Gasto de bombeo
El gasto de bombeo (Qb) se calcula como:
Este valor representa el caudal necesario para llenar los tinacos en un tiempo definido, asegurando que siempre haya agua disponible para la operación del sistema.
Y el gasto de diseño corresponde al 100% del gasto total a suministrar a través de la red de aprovechamiento pluvial:
Gasto de diseño = Red de aprovechamiento (L/s)
- Carga dinámica total (CDT)
La CDT es un parámetro crítico que indica la energía total que necesita un sistema para mover el agua desde el punto de alimentación hasta el punto más alejado, considerando alturas, presiones y pérdidas por fricción.
Se calcula a partir de la ecuación de Bernoulli:
Y la ecuación anterior se puede simplificar de la siguiente manera.
Determinación de la carga por pérdidas de fricción
Las pérdidas por fricción son calculadas a partir de la ecuación de Hazen-Williams modificada para las tuberías.
Donde:
Q= Gasto [m3/s].
C= coeficiente de fricción que depende del material (acero c="140).
L= Longitud de la tubería o longitud equivalente del accesorio [m].
D= Diámetro interior de la tubería o accesorio [m].
En el caso de los accesorios, se calculan transformando aquellos como: codos, válvulas, tees, etc. en metros de tubería y sustituyendo en la fórmula de Hazen-Williams.
Potencia del motor
Para la carga dinámica total se está considerando un factor de seguridad del 5 % adicional.
La potencia del motor se calcula a partir de la siguiente formula:
En donde:
P = la Potencia del motor en HP
C.D.T = la Carga dinámica total
Q = el gasto que debe suministrar la bomba
n = la eficiencia de la bomba
Curva característica de la bomba
La selección depende de la relación entre flujo y carga. Se utilizan curvas HQ (altura vs. gasto) y Qη (gasto vs. eficiencia) para determinar el punto de operación óptimo.
Todo sistema debe operar dentro de un rango mínimo y máximo de presión. La presión mínima asegura el caudal requerido en la toma más desfavorable, mientras que la máxima depende del proyectista. Se recomienda un diferencial mínimo de 14 mca (20 psi) para optimizar eficiencia y tamaño del tanque.
El dimensionamiento del tanque a presión se basa en el caudal de bombeo, la potencia de la bomba y las presiones de operación. El proceso consta de tres pasos, comenzando con el cálculo del volumen útil (Vu), que es el agua disponible entre la presión máxima y mínima. Para obtener el Vu, se multiplica el caudal máximo (Q máx) en litros por minuto por un valor K, indicado en la tabla VII, según la potencia de la electrobomba.
Coeficiente K de volumen útil
Cálculo del porcentaje del volumen útil (% Vu).
Representa la relación entre el volumen utilizable y el volumen total del tanque y se podrá calcular a través de la siguiente ecuación:
Donde:
Pparo = Presión máxima del sistema.
Parr= Presión de arranque,
Nota: Tanto la Pparo como la Parr serán dados como presiones absolutas.
Cálculo del volumen del tanque (Vt)
Ahora para saber cuál es el volumen total (VT) del tanque a utilizar, se debe tener preestablecidos los siguientes valores:
Donde:
Vt = Volumen total.
Vu = Volumen útil.
Ciclos de funcionamiento por hora
Donde:
Ea = Extracción de agua por ciclo de trabajo en decimales (%).
Pparo = Presión de paro en psi.
Parr = Presión de arranque en psi.
Vaire = Volumen de aire en decimales (%).
A continuación, se calculará el sello de agua por ciclo de trabajo de acuerdo con la siguiente fórmula:
Donde:
Sa = Sello de agua por ciclo de trabajo en decimales (%).
Va = Volumen de agua en decimales (%).
Ea = Extracción de agua por ciclo de trabajo en decimales (%).
Reúso obligatorio de agua residual tratada
En construcciones Tipo B y C mayores a 2,500 m², es obligatorio reusar agua residual tratada para sanitarios, lavado de autos y riego. Se debe obtener preferentemente de:
- Planta municipal o red de reúso pública.
- Planta de terceros o red privada.
- Planta propia.
- Pipa, solo si ninguna otra opción es viable.
El agua tratada debe cumplir la NOM-003-SEMARNAT-1997. Se requiere una línea de llenado hacia la cisterna pluvial para permitir su alimentación desde una planta de tratamiento o pipas.
Sistemas Pluviales No Potables
- Deben tener señalización visible con la leyenda: “AGUA NO POTABLE, NO TOMAR”.
- Las tuberías deben pintarse según la NOM-026-STPS-2008 y llevar la leyenda “AGUA NO POTABLE–AGUA PLUVIAL”.
- Llaves y tomas deben incluir un color o símbolo distintivo adicional que indique que el agua no es potable.
- La cisterna de agua residual tratada debe ser independiente de la cisterna de agua pluvial filtrada.
La implementación de sistemas de captación y aprovechamiento pluvial no solo responde a una exigencia normativa, sino que optimiza recursos hídricos, reduce la dependencia del agua potable y fortalece la resiliencia urbana. El éxito del proyecto depende de cálculos hidráulicos precisos, equipos de bombeo eficientes y una clara separación de las redes de agua.
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Referencias:
- Reglamento de Construcción de la Ciudad de México, Guía Técnica para la Elaboración de Sistemas Alternativos, SACMEX, NOM-127-SSA1-1994.
- SACMEX. (2021). Guía Técnica para Sistemas Alternativos. Recuperado el 22 de julio de 2025, de https://drive.google.com/file/d/1cKJIaaGmQLL5lzHChl7OXB6KHo2x-Qim/view
- Arnal, Luis. (2022). Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Editorial Trillas. Pág. 133.
