Diseño de Humedal Artificial para Casita de Barro

Humedal artificial demostrativo en Casita de Barro “Aulex”

Proyecto Final de Servicio Social

Link de ISSU: https://issuu.com/jose.francisco98/docs/jos_francisco_morales_caselin-documento_final

Autor: José Francisco Morales Caselin

Universidad Iberoamericana Puebla

Proyecto de Seminario de Servicio Social.

Alumno: José Francisco Morales Caselin

Tutor: Manuel Palma Barbosa

Materia: Seminario de Servicio Social

“El agua es la fuerza motriz de toda la naturaleza ”

Leonardo Da Vinci

Resumen

El proyecto “Aulex” busca ser una alternativa de disposición de aguas grises en el lugar, “Casita de Barro”, con el fin de tratar estas aguas por medio de procesos biológicos para poder reutilizarse y minimizar el gasto de este preciado recurso. De igual forma, el proyecto busca generar un impacto social por medio de elementos demostrativos que la comunidad de Tecuanipan pueda apreciar, con la intención de que ellos vean que este proyecto funciona y puede ayudar no solo a disminuir la contaminación de sus aguas naturales, sino también propone un ahorro significativo de agua que puede llegar a beneficiarles para en un futuro ellos puedan repetir este mismo sistema. A futuro, esto representa un proyecto de cualidades medioambientales y sociales que busca beneficiar a todos sus usuarios, y a su vez generar conciencia respecto al tema del agua como recurso en peligro de escacez.

El humedal artificial es un sistema que aprovecha los recursos naturales para limpiar el agua contaminada, y que por ende esta pueda llegar a ser reutilizada en otros ámbitos. Es un sistema económico y que no requiere una gran construcción a escalas pequeñas, lo que permite que este pueda llegar a ser replicable en una comunidad a nivel individual.

La importancia de este tipo de proyecto recae en que ayuda a que las aguas grises generadas en nuestras casas puedan volver a tener un uso, ya sea para riego o lavado. Cabe destacar que últimamente el consumo de agua a nivel global aumentó desmesuradamente, llegando a causar una escasez en ciertos sitios. Esto es un grave indicador de que como personas individualmente debemos de tomar acción para buscar reducir nuestro consumo de agua significativamente. El hecho de poder reutilizar el agua gracias a un humedal artificial representa una forma en la cual podemos lograr esto.

Algunas de las necesidades en concreto que abarcará este proyecto será adaptarse a un contexto ya construido dentro de Casita de barro. Busca recuperar las aguas de estos elementos ya construidos y adaptarse a su metodología de diseño. De igual forma el humedal busca ser un punto de encuentro donde puedan inclusive llegar a hacerse pláticas, talleres, etc. Finalmente, uno de los elementos más importantes de este proyecto es que sirva como un elemento demostrativo para que la comunidad lo vea y se anime a poder replicarlo y así minimizar el consumo excesivo de agua en la comunidad.

Antecedentes

Antecedentes

Escasez de agua

La escasez de agua es un fenómeno latente que se ha agravado en los últimos años, llegando inclusive a afectar ya a todos los continentes. Según Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de Naciones Unidas (ONU-DAES) más de 1,200 millones de personas sufren de este problema y para el año 2025 casi la mitad de la población tendrá escasez de agua. Este problema se debe principalmente a un crecimiento desmesurado en el consumo de agua en los últimos años, llegando a duplicar inclusive la tasa de crecimiento poblacional, provocando que este recurso no tenga el tiempo necesario para regenerarse. De acuerdo con el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) otra de las principales causas de este problema es la contaminación de aguas, y estos son algunos de los factores clave:

“Las principales causas del preocupante aumento de la contaminación de las aguas superficiales en Asia, África y América Latina son el crecimiento demográfico, el aumento de la actividad económica, la expansión e intensificación de la agricultura y la mayor cantidad de aguas residuales no tratadas que se descargan en los ríos y lagos.”

En este párrafo se puede ver que uno de los principales problemas que han hecho que la contaminación aumente es la falta de tratamiento de aguas contaminadas antes de que se descarguen

en lagos y ríos. Según el portal IAGUA de la UNAM, solo el 57% por ciento de las aguas contaminadas son tratadas y solo el 25% de manera adecuada. Este fenómeno se debe al alto costo que representa a los gobiernos municipales el tener una planta de tratamiento de aguas funcionando, según el sitio web del país EL PAÍS estas cuestan aproximadamente 70,000 pesos mensuales pata mantenerse funcionando correctamente.

En muchos casos, tienen que caminar grandes distancias para obtener agua o depender de fuentes no seguras, lo que aumenta el riesgo de enfermedades, al igual que las grandes ciudades toman este recurso de sus comunidades y los dejan con pocas reservas.

Es esencial abordar tanto los factores naturales como los políticos, económicos y sociales que contribuyen a la falta de acceso al agua, para garantizar que todas las personas tengan acceso a agua potable y saneamiento adecuado. Debemos trabajar para garantizar que todos tengan un acceso justo al agua potable y sanitaria, independientemente de su ubicación, género o nivel socioeconómico.

Injsuticia Social

El tema de escasez de agua no puede ser generalizado ya que muchas veces un cierto sector de la población consume mucha más agua que otro, generando una injusticia en cuanto al acceso del agua.

Hay diversos motivos por los que esto ocurre, desde factores naturales como la sequía, hasta problemas políticos, económicos y sociales. Por ejemplo, la mala administración de los recursos hídricos, la desigualdad económica, la discriminación y la corrupción.

Lamentablemente, las personas más pobres y marginadas suelen ser las más afectadas por la falta de acceso al agua potable.

En resumen, la injusticia en el acceso al agua potable es un problema grave que afecta a millones de personas en todo el mundo. Para abordar este problema, es necesario abordar tanto los factores naturales como los políticos, económicos y sociales que contribuyen a la falta de acceso al agua, y trabajar para garantizar que todas las personas tengan acceso a agua potable y saneamiento adecuado, sin importar su ubicación, género o nivel socioeconómico.

Humedal artificial

Si bien el tema político es difícil de abarcar como ciudadanos comunes, esto no significa que no se puedan tomar acciones desde nuestro contexto para evitar agravar el problema. Una de las principales opciones que abarca el tema de tratamiento de

“Para el 2025 el 50% de la población sufrirá escacez de agua”

aguas es el humedal artificial. Según el portal de la UNAM IAGUA estos se definen como:

“…zonas construidas por el hombre en las que se reproducen, de manera controlada, los procesos físicos, químicos y biológicos de eliminación de contaminantes que ocurren normalmente en los humedales naturales.”

El concepto de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales industriales surge hace más de 50 años por parte de la Doctora Seidel del Instituto Ma-Planck en Alemania, y es quien oficialmente bautiza este sistema de descontaminación.

En Estados Unidos tuvo su principal auge entre las décadas de 1970 y 1980, conocidos como constructed wetlands, para descontaminar aguas industriales y residenciales. Sin embargo, es importante mencionar que este sistema a pesar de no tener el nombre como tal, ya era usado por civilizaciones antiguas tales como los aztecas, quien, por medio de su método de agricultura para sembrar maíz, las chinampas, lograban que el agua del Lago de México se mantuviera limpio para poder seguir subsistiendo de este.

Este sistema a representado una gran alternativa para la descontaminación de aguas que no involucra gran maquinaria y es relativamente sencillo de construir ya que solo se compone de un material impermeable como la arcilla que evita la filtración de agua al subsuelo, una mezcla de sustratos como arena, grava y piedra, y organismos como plantas que se encargan del mayor

proceso de descomposición de componentes tóxicos por medio de procesos naturales.

Huella Hídrica

Esta es un indicador medioambiental que nos permite ver el volumen total de agua dulce que se consume al brindar servicios, producir bienes y consumo. Es un indicador importante ya que nos permite ver el impacto que tenemos en el fenómeno de la escasez de agua como personas individuales, y permite ver que hábitos podemos cambiar para mejorar esto.

En total hay tres tipos de huella hídrica:

• Huella hídrica verde: Es el consumo de agua que viene de las precipitaciones (nieve y agua) y que se utiliza para la producción de bienes y servicios. Algunas de las empresas que más la utilizan son las forestales, agrícolas y hortícolas.

• Huella hídrica azul: Es el agua que viene de la superficie (ríos, lagos, estanques, etc.) y subterráneos que se utiliza para la producción de bienes y servicios. Esta es principalmente utilizada por la agricultura, la industria y el hogar.

• Huella hídrica gris: Es el agua que se mezcla junto con el agua contaminada en los procesos de producción.

A nivel global el 70% del consumo de agua es por parte de la industria agrícola ganadera, el 20% los usa el tema industrial y el 10% el hogar. Si bien se podría considerar que no tenemos responsabilidad al ser nuestro consumo de agua en el hogar solo

del 10%, en realidad nuestros hábitos son los mismos que provocan que este sistema se reparta de esta manera. En temas de estadística nosotros comemos mas agua de la que bebemos y es que para la producción de carne se usa mucha más agua de la que pensamos, como, por ejemplo:

• 15,400 litros de agua para producir 1 kilo de ternera.

• 16,000 litros de agua para producir 1 kilo de carne de vacuno

• 8,700 litros para 1 kg. de cordero.

• 6,000 litros para 1 kg. de cerdo.

• 4,300 litros para 1 kg. de pollo.

Muchas veces, no tomamos en cuenta estos gastos de agua y pensamos que solo gastamos agua en lo que bebemos y utilizamos en el hogar, pero no es así. Si consumiéramos un kilo de carne de vaca a la semana estaríamos utilizando 16,000 litros de agua más aparte lo que bebemos y utilizamos en nuestro hogar, al final esto aumenta mucho más si se mezcla con otros temas como el agua que cuesta hacer electrodomésticos, ropa, hojas de papel, etc.

Es por eso es importante conocer nuestra huella hídrica ya que nos permite concientizar sobre el verdadero gasto de agua que involucra nuestros estilos de vida y cómo podemos mejorar ciertos aspectos para que este no llegue a afectar tanto.

Justificación

Tomando como referencia todos los temas vistos en antecedentes podemos concluir en que este proyecto permite un mayor aprovechamiento de las aguas grises y nos permite reducir la huella hídrica considerablemente. En concreto este proyecto tiene otras funciones importantes tales como:

• Servir como elemento demostrativo a la comunidad para que ellos puedan replicar este mismo sistema y así no solo reducir el consumo de agua de una sola estancia, si no de varias partes de la comunidad, evitando escasez de agua en la misma.

• Servir como una propuesta paisajística para Casita de Barro que ayude a demostrar que este tipo de sistema puede conservar una estética de diseño, y así que atraiga mucho más interés por parte de la localidad y quienes visiten a CDB.

• Promover un ahorro económico a la comunidad, ya que por medio de este sistema se purifica un agua que puede ser utilizada para riego o limpieza, significando una disminución en el uso de agua para estas actividades. Esa agua que se utiliza podrá verse como un ahorro en la factura de agua.

• Generar conciencia respecto al gasto de agua, al nosotros ver de manera gráfica lo mucho que gastamos por medio de un humedal podemos caer en cuenta en la cantidad de agua que desechamos y en realidad puede volver a tener otro uso.

Tomando en cuenta estos factores podemos entender que este

proyecto es verdaderamente importante y es una piedra angular en la creación de sistemas que aprovechen y ahorren recursos. Es importante que este tipo de proyectos se lleven a cabo, mas en un lugar como Casita de Barro que busca promover el cuidado al medio ambiente y una justicia social, se vuelve un claro ejemplo de cómo es que hay que hacer las cosas y como promoverlas adecuadamente.

Objetivos

Objetivo General

• Crear un espacio de tratamiento de aguas residuales que sirva simultáneamente como un demostrativo ambiental para la comunidad y propuesta paisajística.

Objetivos específicos

• Analizar una estrategia espacial que funcione para tratar agua de distintos espacios.

• Aplicar criterios sustentables y de fácil mantenimiento para que la propuesta siga la visión de Casita de Barro.

Marco Teórico

San Jerónimo Tecuanipan

San Jerónimo Tecuanipan es una localidad encantadora y llena de historia ubicada en el hermoso estado de Puebla, México. Su rica tradición prehispánica es evidente a través de los templos y monumentos construidos por los toltecas en la zona. La iglesia de San Jerónimo, construida durante la época colonial, es una de las atracciones turísticas más famosas de la región.

Además de su patrimonio cultural, San Jerónimo Tecuanipan es conocida por sus festividades y sus ricas tradiciones. La fiesta patronal en honor a San Jerónimo es una celebración muy antigua que se realiza cada año el 30 de septiembre y cuenta con procesiones, misas y festivales de música y danza, que atraen a visitantes de todas partes del mundo.

La economía de San Jerónimo Tecuanipan es principalmente artesanal, con una gran cantidad de pequeñas empresas y talleres. La producción artesanal se destaca en la elaboración de textiles, cerámica y joyería, entre otros.

Finalmente, la ubicación geográfica de San Jerónimo Tecuanipan le da una ventaja única para la realización de actividades al aire libre como senderismo, pesca y paseos en bicicleta. Su entorno montañoso rodeado de hermosos bosques y ríos hace de esta comunidad un destino ideal para los amantes de la naturaleza y el aire libre.

Casita de Barro

Casita de Barro

Casita de Barro es un proyecto que busca principalmente construir una sociedad más justa, esto por medio de modelos participativos dentro de la comunidad y generando relaciones sociales. Dentro de esta se generan muchas prácticas que ayudan a su misión como el hecho de crear bioconstrucción, modelos de autoconsumo, generación de talleres, modelos de comercio justos, etc.

El tema en el cual nos centraremos respecto a sus distintas practicas va de la mano con un consumo responsable de los recursos, tema que ellos ponen en practica con sus instalaciones. Desde baños secos, bioconstrucción que ayuda con las condiciones climáticas de la vivienda, etc. Cabe destacar que en estos temas, sobre todos los constructivos, buscan que estos no solo sean meramente funcionales si no que tengan una estética que atraiga a las personas y demuestren que se puede ser sustentables sin perder este énfasis en el diseño.

Otro de los temas más importantes en el cual se asocia a Casita de Barro es su relación con la comunidad, ya que ellos buscan promover principalmente todos sus principios a la comunidad de Tecuanipan. En este caso el humedal busca promoverse por medio de casita de barro como ya antes mencionamos. Esto ayuda a dignificar su vida ya que representa un manejo adecuado de los recursos que a veces escacean en la comunidad.

Diseño del humedal

Para el diseño del humedal artificial se debe de tomar en cuenta antes que nada un cálculo que nos ayudara a definir tanto forma como dimensiones de este mismo. Todo el cálculo se basa el “Manual de Humedales Artificiales” del Programa de Naciones Unidas para los Asentamientos Humanos. En este se define un proceso que se hará y se explicará a continuación:

Parámetros

Información

Se define un tipo de vegetación basándonos en el manual, en este caso se busca al tener cualidades estéticas podamos manejar una vegetación superficial que de una buena vista al humedal.

Tipo de Vegetación: Densa de flujo superficial

Se usa una relación establecida por el manual.

Relación: Largo (l)*Ancho(W)= As Relación (4:1)

Para este humedal se definió un tiempo de retención del agua de 5 días, esto para que la vegetación puede efectuar una buena descontaminación. Esto quiere decir que el agua que llega al humedal no podrá utilizarse hasta dentro de 5 días.

Tiempo de Retención hidráulico (t): (THR)=5 días

El DB05 es un tipo de contaminantes que se ubica dentro de las aguas grises, para este valor de cantidad de contaminantes se

utilizó uno estándar, ya que las aguas que llegan al proceso no están tan contaminadas al usarse productos naturales.

Concentración de DBO5 (Ci): 35 mg/l

Se propone una profundidad baja para que las raíces de las plantas puedan tocar fondo.

Profundidad (d): 0.3m a 0.6 m

Se utiliza esta pendiente para que el agua fluya de manera correcta y no se estanque.

Pendiente: 0.7%

El caudal es la cantidad de agua que entra al humedal, este se sacó basándonos en el uso promedio de las instalaciones y que tanta agua gastan estas mismas.

Caudal (Q): 0.9 m3*día

Se usa la temperatura media de San Jerónimo Tecuanipan.

Temperatura: 17.5°

Se usa una porosidad donde se propone la grava.

Porosidad de la grava (n): 0.4

Se calcula una constante necesaria para ver la concentración de afluente.

Constante de primer orden

Kt=1.104(d-1) * (1.06Temperatura-20)

Kt=1.104(d-1) * (1.0617.5-20)

Kt=0.9543(d-1)

La concentración de afluente nos ayudará a ver la eficiencia que tendrá nuestro humedal.

Concentración de afluente

C=Ci * e-Kt*t

C= 35 mg/l * e-0.9543*5

C=0.29 mg/l

La eficiencia nos ayuda a ver si nuestro humedal podrá descontaminar correctamente las aguas grises.

Eficiencia

Eficiencia=((Ci-C) / Ci) *100

Eficiencia= ((35 mg/l - 0.29 mg/l) / 35 mg/l) *100

Eficiencia= 99.17 %

Al tener una descontaminación de aguas del 99.17% sabemos que nuestro humedal artificial podrá generar una correcta descontaminación y por ente ya podemos calcular las dimensiones de este.

Área superficial

As= (Q * In (Ci / C)) / (Kt * d * n)

As= (0.9 m3*día * In (35 mg/l / 0.29 mg/l)) / (0.9543(d-1) *

0.6 m * 0.4)

As: 18.83 m2

Tomando en cuenta todos los datos vistos tenemos un total de ares de 10.83 metros cuadrados que necesitamos para poder realizar nuestro humedal. Esto ya nos da pauta para iniciar nuestros primeros diseños. Cabe aclarar que si bien estos cálculos nos dan un valor exacto este puede variar por un par de metros cuadrados de acuerdo con el manual.

Propuesta Arquitectónica

Primera propuesta de diseño

El humedal sigue en proceso de diseño y se busca que este siga una forma orgánica que permita adaptarse al entorno ya construido. En este caso se busca recolectar el agua del área de cocina y laboratorios de Casita de Barro por lo cual debe estar cerca de estos elementos. De igual forma se vuelve de suma importancia respetar los elementos naturales a largo plazo, como los árboles que se plantarán o ya se han plantado. Otro tema es que se busca dejar un área libre donde se puedan llegar a tener conferencias con gente invitada al recinto y se den talleres. Por mientras se tiene la siguiente propuesta en que busca llevar estos elementos.

En el tema de diseño hablamos de un canal de un metro de ancho donde hay una primera fase que es una trampa de grasa oculta, después se procede a una granulometría de grava que empieza a limpiar impurezas. Finalmente se llega a un área de recorrido donde hay plantas ya que inician la descomposición y llega hasta un estanque. Para evitar que no haya cortes de circulación se proponen pequeños puentes de madera , impermeabilizadose unicamente en su parte de abajo, que permitan el paso entre las distintas zonas.

Piedra volcánica para delimitar el humedal

Vegetación oxigenadora conectada al fondo

Vegetación costera para las orillas

Aguas grises

Capa de tierra vegetal de 5 cm

Capa de arcilla impermeablizante de 3 cm

Isla para colocación de vegetación

Detalle Humedal Artificial Con Cotas 04

Polín de madera 122 x 7 x 7 cm

Tablón de pino 122 x 15.2 cm

Polín de madera 122 x 7 x 7 cm

Detalle de Puentes para Cruzar con Especificaciones 06

Entrada de agua gris

Tubería PVC 51 mm

Respiradero de tubería

Tubería PVC 51 mm

Humedal artifical

Aguas grises

Grava capa 15cm

Tezontle capa 10cm

Subida de agaus filtradas

Arena capa 12cm

Entrada de aguas grises filtrada

Detalle de Conexión Biofiltro - Humedal Artifical con Cotas 10

Grava capa 15cm

Entarda de agua por tubería de 51 mm Detalle

Tezontle capa 10cm

Respiradero de tubería

Tubería PVC 51 mm

Subida de agaus filtradas

Arena capa 12cm

13 Escala N/A

Detalle de Conexión Disposición - Biofiltro con Cotas

Detalle de Trampa de Grasa

Tapa propuesta como metálica Repsiradero de tubería Respiradero de tubería

División propuesta de plástico

Capa de 2 cm de barro

Entarda de agua por tubería de 51 mm

Tubería PVC 51 mm

Estructura de 10 de concreto insitu

Biofiltro

Detalle de Trampa de Grasa con Cotas

Referencias

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• iAgua, R. (2022, 14 septiembre). Diferencia entre huella azul, huella verde y huella gris. iAgua. https://www.iagua. es/respuestas/diferencia-huella-azul-huella-verde-y-huella-gris

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• United Nations Development Programme (UNDP). (2006). Human Development Report 2006: Beyond scarcity: Power,

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• Casita de barro - Inicio. (s. f.). https://www.casitadebarro. com/

• UNICEF & World Health Organization (WHO). (2019). Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2017: Special focus on inequalities. World Health Organization.

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• Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). (2020). Censo de Población y Vivienda 2020.

• Gobierno del Estado de Puebla. (s.f.). Municipio San Jerónimo Tecuanipan.

• Manual de construcción y manejo de humedales artificiales para el tratamiento de agua residual de beneficio de café – Libros ECOSUR. (s. f.). https://www.ecosur.mx/libros/ producto/manual-de-construccion-y-manejo-de-humedales-artificiales-para-el-tratamiento-de-agua-residual-de-beneficio-de-cafe/

• Mesquida, G. D. (2021). Manual de Humedales Artificiales (CONAGUA 30). www.academia.edu. https://www.academia.edu/58252638/Manual_de_Humedales_Artificiales_

CONAGUA_30_

• Manual de Humedales Artificiales – Agua.org.mx. (2021, 29 junio). Agua.org.mx. https://agua.org.mx/biblioteca/manual-de-humedales-artificiales/

Humedal artifical demostrativo en Casita de Barro “Aulex”

Puebla, Abril, 2023.

Universidad Iberoamericana Puebla

Proyecto de Seminario de Servicio Social.

Alumno: José Francisco Morales Caselin

Tutor: Manuel Palma Barbosa

Materia: Seminario de Serivio Social