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Vol. 4 N° 1, enero-junio 2025 (477-497)
477
Artículo de investigación
Diseño y evaluación de un sistema de recolección de agua
pluvial mediante techos verdes en edificaciones urbanas
Design and evaluation of a rainwater harvesting system using green roofs in
urban buildings
María Gabriela Soria Pugo*
Universidad Técnica de Ambato
Ambato - Ecuador
mg.soria@uta.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-9045-0870
Willian Patricio Sarango Jumbo
Universidad Politécnica Salesiana
Quito - Ecuador
wsarangoj@est.ups.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-5792-0367
Verónica Valeria Yépez Martínez
Universidad Politécnica Salesiana
Quito - Ecuador
vyepez@ups.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-2790-7211
Doris Alexandra Andrade Sandoval
Universidad Politécnica Salesiana
Quito - Ecuador
dandrades@ups.edu.ec
https://orcid.org/0009-0008-3654-8285
*Correspondencia:
mg.soria@uta.edu.ec
Cómo citar este artículo:
Soria, M., Sarango, W., Yépez, V., &
Andrade, D. (2025). Diseño y evaluación de
un sistema de recolección de agua pluvial
mediante techos verdes en edificaciones
urbanas. Esprint Investigación, 4(1), 477-497.
https://doi.org/10.61347/ei.v4i1.124
Recibido: 4 de abril de 2025
Aceptado: 12 de mayo de 2025
Publicado: 19 de mayo de 2025
Resumen: La recolección de agua pluvial resulta fundamental para optimizar el uso de
este recurso, reducir inundaciones y promover prácticas sustentables, especialmente en
regiones con alta precipitación como Ecuador. Los techos verdes permiten una retención
de la precipitación en mayor tiempo, es decir, evitan inundaciones en los sistemas de
recolección, el volumen recolectado es aproximadamente igual en mayor tiempo. El
objetivo del estudio fue diseñar y evaluar un sistema ecológico de captación,
almacenamiento y distribución de agua pluvial mediante techos verdes, para su uso en
inodoros y emergencias contra incendios en edificaciones urbanas. La metodología
incluyó un análisis hidrológico basado en datos meteorológicos y curvas IDF, selección
de vegetación adecuada, diseño de capas del techo verde y dimensionamiento de
sistemas de conducción conforme a normativas, garantizando la eficiencia hidráulica y
la calidad del agua. Los principales resultados demostraron que el sistema propuesto
puede retener y regular eficazmente la escorrentía durante eventos de precipitación,
prolongando el tiempo de concentración y evitando sobrecargas en las redes de
captación. La capacidad de almacenamiento, dimensionada en 0,089 m³, permite cubrir
necesidades de uso en inodoros y emergencias contra incendios, disminuyendo
aproximadamente un 62.5 % el consumo de agua potable. Además, se diseñó un sistema
hidráulico que asegura la correcta conducción del agua, manteniendo velocidades y
presiones recomendadas, lo que garantiza la durabilidad y eficiencia del sistema. Este
en
foque contribuye significativamente a la gestión sostenible del recurso hídrico,
promoviendo beneficios adicionales como la regulación térmica, la mejora de la calidad
del aire y la reducción del impacto ambiental.
Palabras clave: Almacenamiento, aprovechamiento, flujo, precipitación, techo verde.
Abstract: Rainwater harvesting is essential for optimizing the use of an abundant resource,
reducing flooding, and promoting sustainable practices, especially in regions with high
precipitation such as Ecuador. Green roofs allow for extended retention of rainfall, meaning they
prevent overloading of collection systems by spreading out runoff over a longer period—while the
total volume collected remains approximately the same. The objective of this study was to design
and evaluate an ecological system for the collection, storage, and distribution of rainwater using
green roofs, intended for use in toilet flushing and fire emergency response in urban buildings.
The methodology included a hydrological analysis based on meteorological data and IDF curves,
selection of appropriate vegetation, design of green roof layers, and sizing of conveyance systems
in accordance with regulations, ensuring hydraulic efficiency and water quality. The main results
demonstrated that the proposed system can effectively retain and regulate runoff during rainfall
events, prolonging the concentration time and preventing overloads in collection networks. The
storage capacity, sized at 0.089 m³, meets the water demands for toilet use and fire emergencies,
reducing potable water consumption by approximately 62.5%. Additionally, a hydraulic system
was designed to ensure proper water conveyance, maintaining recommended flow velocities and
pressures, which guarantees the durability and efficiency of the system. This approach
significantly contributes to the sustainable management of water resources, while also offering
additional benefits such as thermal regulation, improved air quality, and reduced environmental
impact.
Keywords: Flow, green roof, precipitation, storage, utilization.
Copyright: Derechos de autor 2025 María
Gabriela Soria Pugo,
Willian Patricio
Sarango Jumbo, Verónica Valeria Yépez
Martínez,
Doris Alexandra Andrade
Sandoval.
Esta obra está bajo una licencia internacional
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1. Introducción
La disponibilidad de un volumen de agua de reserva para emergencias es fundamental en cualquier
vivienda o edificación, especialmente para sistemas contra incendios y uso en inodoros, de acuerdo
con la norma ecuatoriana NEC-11 “Hidrosanitaria NHE AGUA” (Norma Ecuatoriana de la
Construcción, 2011). Cuando este volumen de reserva se obtiene mediante la recolección de agua
pluvial, se genera un impacto positivo en el medio ambiente al aprovechar un recurso gratuito y
abundante en muchas regiones del país.
Ecuador, uno de los 10 países con mayor cantidad de precipitación en el mundo, recibe en promedio
245 días de lluvia al año (Mohorte, 2021). En la región costa, las precipitaciones pueden superar los
2000 mm, mientras que en la sierra y la Amazonía alcanzan más de 1500 mm y 4500 mm,
respectivamente (Varela & Ron, 2023). Para diseñar sistemas eficientes de recolección y
almacenamiento deben ejecutarse análisis hidrológicos que predigan los máximos niveles de
precipitación y cuantificar la escorrentía, utilizando datos recopilados por el Instituto Nacional de
Meteorología e Hidrología (INAMHI) y estadísticas hidrológicas.
Las construcciones urbanas en Ecuador típicamente emplean estructuras porticadas y cubiertas en
losa de hormigón, las cuales, si no son tratadas adecuadamente, pueden presentar problemas como
carbonatación y lixiviación (Toirac, 2004). En este contexto, los techos verdes surgen como una solución
sustentable para la recolección y control del agua de lluvia. Estos techos permiten una retención
prolongada de la precipitación, regulan el flujo de agua, evitan sobrecargas en los sistemas de
recolección durante eventos extremos y ofrecen beneficios ambientales, como la regulación de
humedad, control de inundaciones, regulación térmica y mejora de la calidad del aire (Rhodes, 2012;
Rodríguez, 2023).
Los techos verdes representan una solución innovadora y ecológica que consiste en la incorporación
de una capa de vegetación sobre la cubierta o losa de un edificio, funcionando como un sistema
biológico que gestiona el agua pluvial, mejora la eficiencia térmica y promueve la biodiversidad urbana
(López-González et al., 2020). Estos sistemas están conformados por varias capas, que incluyen desde
un aislamiento impermeable y una capa de retención de agua, hasta el sustrato y la vegetación (López
et al., 2022). La selección de la vegetación que se instala en un techo verde depende de factores como
las preferencias del usuario, las condiciones climáticas de la zona y la carga estructural que puede
soportar la edificación.
Para determinar qué tipo de vegetación es la más adecuada, Minke (2021) analiza variables como la
carga estructural que representa cada tipo de cobertura y el presupuesto estimado para su
implementación. Según su experiencia, y complementando la recomendación de Permacultura
Holística (2023), algunos de los tipos de cubierta más comunes y sus correspondientes tratamientos de
impermeabilización son: huertas con plantas pequeñas, flores y plantas ornamentales, pastizales o
césped, y plantas de ambientes secos y rocosos. Después de un análisis técnico, se concluye que la
opción más adecuada para un techo verde en términos de peso propio y mantenimiento es la cubierta
de pasto o césped. Esta opción no solo resulta eficiente desde un punto de vista ecológico, sino
económicamente accesible. En la figura 1 se presenta un esquema de las capas que conforman un techo
verde con cubierta de pasto.
Sin embargo, aunque el agua recolectada mediante techos verdes no es apta para consumo humano
directo, puede utilizarse en sistemas sanitarios como inodoros y en redes contra incendios,
contribuyendo a reducir el consumo de agua potable y a promover prácticas sostenibles en las
edificaciones.
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Figura 1
Capas que conforman el techo verde
Una vez que se capte la precipitación en el techo verde, el caudal es conducido hasta un tanque de
almacenamiento mediante una red de tuberías. Es importante que en el agua pluvial captada se evite
la introducción de materia o desechos que perjudiquen su calidad, por lo cual se hace uso de sumideros
de rejilla. Durante su recorrido por las tuberías, el caudal exhibe valores de presiones y velocidades
que deben ser comparados con valores sugeridos en la Norma Hidrosanitaria NHE Agua (Norma
Ecuatoriana de la Construcción, 2011).
En Ecuador, caracterizado por su alta precipitación y fenómenos recurrentes como El Niño, la
implementación de estructuras de recolección, almacenamiento y distribución de aguas pluviales
ofrece múltiples beneficios. Estas soluciones mejoran la calidad de vida al facilitar el acceso a agua
potable en zonas rurales con escaso recurso hídrico o afectadas por cortes en el suministro
convencional. Además, en situaciones de emergencia o contingencias, el agua pluvial complementa la
red principal, cubre necesidades básicas y puede ser empleada en la lucha contra incendios.
El presente estudio diseña y evalúa un sistema ecológico de captación, almacenamiento y
distribución de agua pluvial, a partir de la utilización de techos verdes como elemento clave, para su
uso en inodoros y en emergencias contra incendios en edificaciones urbanas. Se realiza un análisis
integral que considera la capacidad de retención y regulación de precipitación proporcionada por los
techos verdes, la caracterización de la precipitación en la zona de Riobamba y las condiciones
hidráulicas del sistema de conducción.
La importancia del estudio radica en que los techos verdes permiten una mayor retención
prolongada de la precipitación, evitando sobrecargas en los sistemas de recolección tradicionales y
contribuyendo a una gestión más sostenible del recurso hídrico. Además, este enfoque promueve la
reducción del consumo de agua potable, fomenta prácticas sustentables, disminuye el impacto
ambiental y aumenta la resiliencia de las edificaciones frente a eventos de precipitación intensa y
emergencias.
2. Metodología
El estudio empleó un enfoque integral que combinó análisis meteorológico, diseño técnico y evaluación
de la eficiencia del sistema de techos verdes para la recolección y almacenamiento de agua pluvial. En
primer lugar, se realizó un análisis del contexto meteorológico y la caracterización de la precipitación
en la zona de Riobamba, Ecuador, utilizando datos recolectados por el INAMHI y las curvas IDF
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(intensidad, duración, frecuencia). Este análisis determinó las intensidades de precipitación en función
del tiempo y la frecuencia, fundamentales para dimensionar adecuadamente el sistema de captación.
Se optó por el método hidrológico, considerando variables como la superficie de captación,
propiedades del suelo y distribución temporal de la precipitación, en lugar del método racional, para
un diagnóstico más preciso en la zona.
Posteriormente, se seleccionó la tipología adecuada de vegetación para el techo verde, considerando
variables estructurales y de peso, en línea con las recomendaciones de Minke (2021) y de Permacultura
Holística (2021). La opción más viable fue la cubierta de pasto o césped, debido a su bajo peso y
mantenimiento, además de su eficiencia ecológica y accesibilidad económica. Se diseñó el esquema de
capas del techo verde, incluyendo impermeabilización, sustrato, vegetación y sistemas de retención de
agua.
El proceso de captación del agua se ejecutó mediante la implementación de rejillas que evitan la
entrada de residuos que contaminen el agua recolectada. Estas conducen el agua hacia un sistema de
almacenamiento, cuya capacidad fue dimensionada en función de las precipitaciones máximas
estimadas, garantizando condiciones hidráulicas adecuadas que cumplen con las normas sanitarias
ecuatorianas y estándares internacionales en presión y velocidad del flujo. Además, se diseñaron
sistemas de conducción con tuberías protegidas y rejillas para asegurar la calidad del agua y un
eficiente transporte hasta los tanques de reserva.
Por último, se evaluaron los resultados a través de un análisis hidráulico del sistema, considerando
variables como presión, caudal y rendimiento de retención del techo verde, buscando confirmar que
estos cumplen con los requisitos normativos y objetivos de sostenibilidad planteados. Se realizaron
también análisis comparativos entre diferentes escenarios de precipitación, evaluando la capacidad del
sistema para afrontar eventos extremos climáticos.
3. Resultados y discusión
Contexto meteorológico y caracterización de la precipitación
Para determinar la precipitación en función de la intensidad, el método de hidrograma unitario es más
apropiado que el método racional, debido a que considera más variables de diseño (características de
la cuenca, propiedades del suelo y distribución temporal de la precipitación).
La intensidad se analiza hidrológicamente de los datos recolectados por el INAMHI (2018). Con
estas ecuaciones se construye las curvas IDF. Una vez analizadas se determina la profundidad de la
precipitación y se relaciona con la Ecuación 1.
= (1)
Donde es la profundidad de la lluvia en (). es la intensidad de la precipitación en (/).
es el intervalo de la duración de la lluvia en ().
La profundidad de precipitación calculada se va acumulando en cada intervalo de tiempo. Para
determinar este incremento se usa la ecuación 2. Donde es el incremento de la capa de agua en cada
intervalo en ().
es la profundidad de precipitación en el intervalo de tiempo ().
es la
profundidad en el intervalo de tiempo anterior ().
=
(2)
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El hietograma representa la distribución de la profundidad de precipitación en un intervalo de
tiempo determinado. Para su construcción se debe organizar la profundidad de manera que el primer
valor (máximo) este en el centro, el segundo a la derecha, el tercero a la izquierda, el cuarto a la derecha
y así sucesivamente, hasta que se distribuyan todos los valores (figura 2).
Figura 2
Hietograma de precipitación
Caracterización del sitio y superficies de captación
El dimensionamiento y evaluación de un sistema de captación de agua de lluvia mediante techos
verdes requiere una comprensión detallada de las características hidrológicas del sitio, así como de las
propiedades físicas de las superficies involucradas. En este contexto, la profundidad de exceso de
precipitación se define como la cantidad de agua que, tras incidir en la superficie, no logra infiltrarse
en el sustrato del techo verde y, en consecuencia, se acumula como escorrentía. La determinación de
este valor es fundamental para estimar el volumen de agua colectado de manera eficiente y segura,
evitando desbordamientos o saturaciones del sistema.
La profundidad de exceso es la profundidad de precipitación que desciende en un sitio y no se
infiltra. Para determinar la infiltración se hace uso del método para abstracciones. La retención
máxima del suelo se calcula con la ecuación 3 en (). Donde es el número de curva que depende
del tipo de techo verde () y el tipo de suelo ( ), para este tipo de techo verde el valor
del número de curva = 86; se debe ajustar este valor de dependiendo del tipo de curva. En esta
investigación se usa el tipo , debido a que se presenta precipitaciones regulares en todo el año.
Por lo tanto, no hay variación en el ajuste.
=
25,4 (3)
La precipitación, que no se infiltra, se acumula como escorrentía directa; este exceso, se determina
con la ecuación 4. Donde
es la escorrentía directa (). es la densidad de la precipitación ().
es la retención máxima del suelo ().
=
(.)
(.)
(4)
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Profundidad de escorrentía y balance de energía calórica aplicable a la evapotranspiración
Se realizó un balance de energía de la cuenca, con el fin de determinar la pérdida de profundidad de
precipitación por evaporación y evo-transpiración. La evaporación se determina mediante la ecuación
5, deducida por Chow et al. (1994).
=
(5)
Donde
evaporación (/í).
radiación neta (/
).
densidad del agua (/
) .
,
en (/), corresponde calor latente que depende de la temperatura, ecuación 6. Donde es la
temperatura promedio del sector en (°).
= 2.501 10
2.370 (6)
Cevallos-Sierra & Ramos-Martin (2018) en su investigación, sugiere en el país
= 3.8
. En
tanto, Portilla (2018) indica que la temperatura en la región presenta media de 16 °C.
La evapo-transpiración del techo verde se realiza mediante la ecuación 7 en (). El valor de
=
0.35, corresponde a poca cobertura vegetal (Allen et al., 1998). El valor de
= 1, para suelo
humedecido (WEAP21, 2025).
= 3.8 () corresponde a la evotranspiracion del césped (cultivo de
referencia).
=
(7)
Por lo tanto, el balance de energía está presente por la ecuación 8. Donde 482 representa la
profundidad de escorrentía que existe en la cuenca ().
=
(8)
Flujo, volumen utilizable e hidrograma
La escorrentía directa se transforma en flujo mediante la ecuación 9.
=
(
)
(9)
Donde
es el flujo de la precipitación excedente
(
/
)
. es la intensidad de la cuenca
(
/
)
. =
tan
(
)
, donde es la pendiente (/).
es la longitud de la cuenca
(
)
. es el factor de fricción
de Darcy-Weisbach. Se debe trabajar primeramente con = 0, después calcular
y a través del
número de Reynolds relacionar estas variables, ecuación 10 y 11. es el número de Reynolds para
régimen de flujo, es la viscosidad cinemática del agua que depende de la temperatura.
=
(10)
=
/
(11)
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Como la precipitación cae sobre una superficie rugosa, el factor de fricción se independiza del
número de Reynolds y depende solo de la rugosidad de la superficie (Chow et al. 1994) para flujo
turbulento se estipula utilizando la ecuación 12.
=
.
.
(12)
Donde es el exceso de profundidad de escorrentía (). es el valor de rugosidad de Manning.
es el flujo que se produce de la profundidad de escorrentía (
/).
es la pendiente promedio de
la cuenca (/). La cantidad de agua almacenada se relaciona con el flujo mediante la ecuación 13,
de continuidad en un sistema hidrológico.
= (13)
Donde es el volumen de almacenamiento (
). es el flujo de entrada (
/) y el flujo de salida
(
/). El hidrograma unitario sintético permite analizar la variación de flujo en cada punto de la
cuenca. Se lo determina mediante la ecuación 14.
=
(14)
Donde
es el caudal pico. = 0.208 en S.I. El área de la cuenca es A en (
). es la precipitación
de exceso (mm).
es el tiempo pico se lo calcula con la ecuación 15.
corresponde al intervalo de
tiempo de análisis. El tiempo de retardo
es el 60 % del tiempo de concentración de la cuenca.
=
+
(15)
Análisis de demanda de los usuarios
Para determinar cuánto volumen de agua necesita el usuario (demanda) se hace uso de la Norma
Hidrosanitaria Ecuatoriana y las normas de diseño de la Empresa de Alcantarillado y Agua Potable de
la Ciudad de Riobamba (EMAPAR, 2024). El caudal medio se calcula con la ecuación 16.
= (16)
Donde
caudal medio diario (/). es la dotación en (//). número de habitantes
en la vivienda. tiene un valor de 86400 , que corresponde a un día. Debido a que el consumo
de agua no es lineal en el tiempo, se determina el caudal máximo diario con la ecuación 17. El caudal
máximo horario corresponde a los picos de consumo a lo largo de un día se lo determina con la
ecuación 18.
= 1
(17)
= 2
(18)
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Los valores 1 y 2 son coeficientes de mayoración, una recomendación la plantea la Empresa
Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento de Quito (EPMAPS, 2025) con valores de 1,1 <
1 < 1,4; y 1,3 < 2 < 1,9.
Almacenamiento
El volumen de precipitación recolectado por el techo verde desciende hasta un tanque de
almacenamiento tipo cisterna (figura 3).
Figura 3
Esquema de recolección distribución y almacenamiento
El volumen de agua pluvial que necesita el usuario para los inodoros se determina mediante la
ecuación 19. El volumen mínimo para incendios que recomienda la Norma Ecuatoriana de la
Construcción (NEC, 2011), está en función del área de construcción total, recomienda un valor para
edificios de hasta 4000
de 18
.
ó
=
(19)
Donde
ó
es el volumen de agua que se necesita almacenar, para asegurar el abastecimiento
en los inodoros (
).
caudal de demanda (
/).
representa al tiempo en que están
funcionando cada aparato sanitario, como funcionan todo el tiempo a lo largo de un día
=
86400 . Los volúmenes de agua de lluvia en la cisterna deben ser distribuidos por el medio de la red
de tuberías para su análisis se usa el programa WaterCad.
Diseño del sistema de recolección, almacenamiento y distribución
Los planos proporcionan las dimensiones y los espacios de la vivienda (figura 4 y tabla 1).
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Figura 4
Planos de diseño de la edificación. a) Áreas de aportación cubiertas o inaccesibles. b) Áreas de aportación abierta o terraza
accesible
Tabla 1
Dimensiones correspondientes de la terraza
Área bruta 755,48
Rejilla de descarga ID Área Pendiente Long. Pto. Descarg
%
Rejilla 1 AC1 9,63 1,00 3,0
Rejilla 2 AC2 14,45 1,00 5,2
Rejilla 3
AC3 9,88 1,00 3,7
AC4 9,56 1,00 7,1
Rejilla 4
AC5 12,77 1,00 5,3
AC6 12,86 1,00 6,7
Rejilla 5 AC7 16,37 1,00 7,8
Rejilla 6 AC8 4,49 1,00 2,5
a)
b)
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Rejilla 7 AC9 17,37 1,00 7,6
Rejilla 8 AT1 19,12 1,00 2,5
Rejilla 9 AT2 15,46 1,00 2,4
Rejilla 10 AT3 19,52 1,00 2,9
Rejilla 11 AT4 7,24 1,00 3,1
Rejilla 12 AT5 34,46 1,00 3,0
Área total 203,18
Longitud promedio 4,5
Pendiente promedio
1,00 %
0,01 /
Con estos datos, correspondientes a la cuenca de estudio, se determinó el tiempo de concentración
(tabla 2).
Tabla 2
Tiempo de concentración para diferentes autores
Tiempo de concentración
Método
Tiempo
(min)
Agres 1,400
SCS 1,480
Bransby Williams 0,008
Kirpich 0,374
Ventura-Heras 0,269
Passini 0,183
Dirección General de Carreteras (España) 0,709
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN 10
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Curvas IDF
La intensidad de precipitación en la zona de Riobamba alcanza un valor máximo de 111.27 / para
un periodo de retorno de 30 ñ y una duración de 5 . No obstante, para el diseño del sistema,
se considerará un periodo de retorno de 25 ñ, en concordancia con la norma UNE 23500
(Normalización española, 2011) Para este escenario, la intensidad de precipitación máxima es de 107.15
/ en 5 .
Profundidad de precipitación (hietograma)
Debido a la gran cantidad de datos que representa el estudio para cada periodo de retorno, se presenta
únicamente el más significativo. El exceso de profundidad de precipitación y su correspondiente
hietograma se muestra en la tabla 3 y figura 5.
Tabla 3
Profundidad de precipitación
PERIODO DE
RETORNO
DURACIÓN INTENSIDAD
P (Densidad
lluvia)
INCREMENTO DE
LA CAPA DE
AGUA
(años) (min) (mm/hr) (mm) (mm)
25
0,00 0,00 0,00 0,00
0,83 282,66 3,93 3,93
1,67 194,22 5,39 1,47
2,50 155,94 6,50 1,10
3,33 133,45 7,41 0,92
4,17 118,26 8,21 0,80
5,00 151,66 12,64 4,43
5,83 134,89 13,11 0,48
6,67 121,86 13,54 0,43
7,50 111,42 13,93 0,39
8,33 102,84 14,28 0,36
9,17 95,65 14,61 0,33
10,00 89,53 14,92 0,31
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Figura 5
Hietograma de precipitación
La distribución indica que la profundidad máxima ocurre en 4.2 min.
Profundidad de escorrentía, flujo e hidrograma unitario
El incremento de precipitación calculado presenta perdidas por infiltración, evaporación y evo
transpiración, se realiza el balance de energía (tabla 4).
Tabla 4
Profundidad de precipitación
S 4,1 ()
DURACIÓN P EXCESO Er Et PROF. DE PREC. TOTAL
() () () () ()
0,00 0,26 0 0,12 0,1417
0,83 0,34 0,00760 0,12 0,2074
1,67 0,44 0,01520 0,12 0,3073
2,50 0,91 0,02281 0,12 0,7715
3,33 1,38 0,03041 0,12 1,2323
4,17 2,75 0,03802 0,12 2,5931
5,00 2,60 0,04562 0,12 2,4326
5,83 1,09 0,05323 0,12 0,9120
6,67 0,80 0,06083 0,12 0,6177
7,50 0,38 0,06844 0,12 0,1946
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,0 0,8 1,7 2,5 3,3 4,2 5,0 5,8 6,7 7,5 8,3 9,2 10,0
Profundidad de Precipitaci
ón
(mm)
Tiempo (min)
TR-5 TR-10
TR-15 TR-20
TR-25 TR-30
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8,33 0,30 0,07604 0,12 0,0992
9,17 0,23 0,08365 0,12 0,0294
10,00 0,00 0,09125 0,12 0
Además, se presenta una distribución de flujo con techo y sin techo verde (figura 6). Se observa cómo
el techo verde aumenta el tiempo de concentración.
Volumen pluvial y volumen necesario
El volumen pluvial captado está en función de una duración de 10 y se determina con base en las
áreas de aportación de techos verdes hacia las rejillas de captación, dando un total de volumen máximo
0.089 m3.
En cambio, el volumen de demanda depende de los inodoros. Los valores de dotación de agua en
inodoros son de 15 //, asumiendo que una persona usa el inodoro alrededor de 5 veces por
día, se necesita 75 //. El número de habitantes se estipula a través del número de habitaciones
siendo 3, en cada habitación existe camas dobles por lo tanto se asume 2 personas por habitación; con
un total de 6 habitantes además se asume 1 visitante por día, total 7 habitantes. Como la edificación
cuenta con 5 departamentos. El total, en toda la edificación, de habitantes es 35 habitantes (tabla 5).
Tabla 5
Caudal de demanda
N°. Depart.
N°. hab. por
Depart.
N°. hab.
Dotación Qmd QMD QMH
// / / /
5 7 35 75 0,03 0,04 0,06
La simultaneidad a la hora de usar estos inodoros en edificaciones de más de un departamento se
determina mediante la norma hidrosanitaria ecuatoriana; presenta las siguientes ecuaciones: 20, 21 y
22.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0 5 10 15 20
Caudal ( L/s)
Tiempo (min)
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=
(20)
=
+ (0.04 + 0.04
[
log
(
)]
(21)
=
()
(22)
Donde es un valor que depende del tipo de edificación. La tabla 6 muestra estas variaciones de
caudal.
Tabla 6
Simultaneidad de caudales
Montante Nivel
Num.
de
salidas
Ks
Q. Columna
montante de
agua.
Kss Qd
- 0,18 0 1,0 0,00 - 0,00
2
2,90 3 0,7 0,46 0,7 0,32
5,60 3 0,7 0,23 1,0 0,23
8,30 0 1,0 0,00 - 0,00
1
0,18 3 0,7 0,69 0,5 0,38
2,90 3 0,7 0,46 0,7 0,32
5,60 3 0,7 0,23 1,0 0,23
8,30 0 1,0 0,00 0,00
Los diámetros recomendados por la norma hidrosanitaria (NEC 11), de las columnas montantes de
agua, es 20 mm para edificios menores a 15 m de altura y caudales menores a 0.9 lt/s.
El volumen que necesita el usuario se deduce del principio de continuidad (tabla 7).
Tabla 7
Volumen pluvial
Qmd 0,38
/
t útil regulación 600
V regulación 0,02
Debido a que el caudal pluvial es 0.089
/ el porcentaje de agua para llenar este tanque es solo
del 20,387 % el otro 79,613 % llenarán el tanque cisterna usado para el sistema de incendios.
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El volumen de incendios se determina por medio de la norma hidrosanitaria, la cual está en función
de los metros cuadros de construcción. Se recomienda 5 /^2; esta investigación toma como medidas
medio ambiental 12
. Se destina un volumen de 10 m³ para el sistema contra incendios, cumpliendo
con la normativa mínima requerida, y 2 m³ para fines de regulación, lo que contribuye a una gestión
adecuada del recurso hídrico en situaciones de lluvia o demanda variable.
Se combina en el mismo tanque los volúmenes de regulación y de incendios a medida de ahorrar
dimensiones de diseño innecesarias. Una vez planificado y verificado el volumen de almacenamiento
para regulación se comprueban los valores de presiones en nodos y de las velocidades en las tuberías.
Los modelos usados (figura 7) representan:
a) Tanque inferior conectado a una bomba que distribuye el caudal pluvial hacia cada punto
sanitario.
b) Tanque conectado a una bomba conectada al sistema de incendios.
Figura 7
Redes de Diseño. WaterCAD. a) Distribución. b) Sistema contra incendios
Dada la abundante cantidad de datos, se muestra un resumen representativo de los parámetros
hidráulicos de presión y velocidad como resultados de la modelación numérica, identificando
principalmente nudos que representan los aparatos sanitarios más distantes con respecto a la ubicación
de la bomba.
Tabla 8
Red de distribución del volumen pluvial. Análisis de caudal y velocidades
Tubería (Pipe) P-5(1) P-5(2) P-5(7) P-5(8) P-5(9) P-5(10) P-5(11) P-5(16) P-5(17) P-5(18)
Diámetro
(mm)
50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
Caudal (L) 6 6 1 1 1 1 1 1 1 1
Velocidad
(m/s)
4,83 4,83 3,99 3,99 2 2 2 2 3,79 3,79
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Tabla 9
Red de distribución del volumen pluvial. Análisis de presiones
Nudo Elevación () Presión ()
J-7 0,18 43,71
J-8 0,18 25,89
J-9 0,18 25,76
J-10 2,9 24,41
J-11 2,9 22,14
J-12 2,9 22,1
J-13 2,9 21,65
J-18 2,9 21,56
J-19 2,9 21,53
J-37 5,65 35,39
J-38 5,65 35,39
J-39 5,65 35,39
J-40 5,65 35,39
J-41 5,65 35,38
En las velocidades en la tabla 8 logran los valores recomendados gracias al sistema de bombeo. Este
sistema esta principalmente diseñado para cumplir con las presiones recomendadas, se verifica estos
valores en la tabla 9.
El sistema de conducción para caudal de incendios, diseñado mediante tuberías presurizadas, con
una columna montante número 1 que conecta al nivel +0.18 se une con tuberías de PVC; la verificación
de presiones y velocidades se muestra a continuación.
Tabla 10
Sistema contra incendios. Análisis de presiones
Nudo Demanda (/) Elevación () Presión ( 2)
J-4 1 0,18 30
J-5 1,03 1,38 28
J-6 1 2,90 26
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J-7 2,5 4,10 25
J-8 2,5 5,60 23
J-9 2,5 6,80 22
Tabla 11
Sistema contra incendios. Análisis de presiones
Tub.
(Pipe)
Diam. () Material Q (/) Veloc. (/)
P-2 50 Galvanized iron 5 2,55
P-3 50 Galvanized iron 5 2,55
P-4 50 Galvanized iron 5 2,55
P-5 50 Galvanized iron 5 2,55
P-6 50 Galvanized iron 2,5 1,27
P-7 50 Galvanized iron 2,5 1,27
P-8 50 Galvanized iron -5 2,55
La red de conducción desde las rejillas de captación hasta el tanque inferior de almacenamiento se
diseña mediante un sistema a superficie abierta por medio de una tubería semiabierta, el modelo se
plantea en la tabla 12.
= / ( /4 )^(2/3) ^(1/2) (22)
Donde caudal, área, diámetro y pendiente. Todos corresponden a las unidades del sistema
internacional.
Tabla 12
Área en función del diámetro equivalente (50 mm)
ID ÁREA
A*C Q PLUVIAL Q MAX RAMAL
/ /
AC9 0,025 30 32,40
Con la ecuación 23, se comprueba que la velocidad en el ramal se ajuste a los recomendados.
=
=
,
/
.
= 1.17
(23)
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Para determinar la potencia de la bomba que necesita el sistema se hace uso de la ecuación 24. El
cálculo se efectúa en el sistema de distribución (tabla 13) y sistema contra incendios (tabla 14).
=
(24)
Tabla 13
Dimensionamiento de la bomba hidráulica. Sistema de distribución
Qb (Caudal) 0,0009
/
ρ (densidad) 1000 /
gravedad 9,8
/
eficiencia 80 %
HB (Carga) 25
γ (Peso específico) 9800 /(
)
P (Potencia) 267
/
Considerando equivalencia de 1 HP = 745 W
Potencia 0,36 HP
La potencia teórica del motor de la bomba sería el inmediato superior
Potencia real de la bomba 1,00 HP
Tabla 14
Dimensionamiento de la bomba hidráulica. Sistema contra incendios
Q 0,0050
/
ρ 1000 /
g 9,8
/
ef 80
%
HB 25
γ 9800 /(
)
P 1531
/
P 2,00 HP
Potencia real de la bomba 2,00
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Los resultados en general muestran que se puede aprovechar el volumen pluvial acoplado a la red
principal de agua potable como alternativa ecológica, es factible usar el volumen de precipitación
almacenarlo y distribuirlo hacia los inodoros y en una emergencia contra incendios.
El uso de los techos verdes mejora los tiempos de concentración en el sistema, se capta los mismos
volúmenes de escorrentía directa en un intervalo de tiempo mayor, permitiendo que el sistema por
canales o cunetas no colapse.
Las tuberías presurizadas no son recomendables como alternativa de conducción, debido a que no
alcanzan las presiones necesarias que el sistema requiere para transportar el agua pluvial hasta el
tanque inferior de almacenamiento. El recorrido por medio de tuberías de flujo a superficie libre de 5
, asegura las condiciones necesarias para que se cumplan las velocidades recomendadas en el
sistema ecuación 24.
Las demandas están determinadas únicamente para inodoros conforme a la norma ecuatoriana. El
volumen que necesita el usuario es 0.02
, los cálculos hidráulicos nos indican que antes de la
implementación la edificación necesitaba 0,05
, el desconectar los inodoros y acoplarlos a otra red
alterna representa un ahorro de agua potable del 62,5%; en estas edificaciones tipo.
El volumen de incendios recomendado por medio del inciso 1 de la norma NHE (depósitos), está
en función de los metros cuadros de construcción, se recomienda 5 /^2. El tanque necesitaría 5
,
sin embargo, es viable realizar tanques de almacenamiento de hasta 10
con estos niveles de
precipitación.
Los sistemas de bombeo son recomendables en estas edificaciones tipo, debido a que el
almacenamiento de agua en un nivel superior con distribución a gravedad no logra alcanzar las
presiones necesarias. El sistema por bombeo en incendios se recomienda potencias de 2 HP en
viviendas hasta de 3 pisos, para un tanque de almacenamiento de 10
.
4. Conclusiones
Los resultados muestran que el sistema diseñado mediante techos verdes puede retener y regular
eficazmente la escorrentía pluvial, disminuyendo el riesgo de inundaciones en la zona de captación y
prolongando el tiempo de permanencia del agua. La capacidad de almacenamiento prevista permite
abastecer el uso en inodoros y emergencias contra incendios, en coherencia con los objetivos del
estudio. Asimismo, la selección de vegetación de pasto o césped contribuye a reducir la carga
estructural y mantenimiento, permitiendo un sistema ecológico, económico y de bajo impacto
ambiental.
En términos hidráulicos, se logró dimensionar las tuberías y rejillas de conducción para que las
presiones y velocidades se mantuvieran dentro de los límites recomendados por la normativa,
asegurando la eficiencia y durabilidad del sistema. La implementación del techo verde no solo
favoreció la gestión sostenible del recurso hídrico, sino que aportó beneficios adicionales como la
regulación térmica y la mejora de la calidad del aire. Así, el sistema cumplió con los objetivos
propuestos de optimizar la recolección y uso del agua pluvial en edificaciones urbanas, promoviendo
prácticas sustentables y resilientes frente a eventos climáticos extremos.
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Referencias
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration-Guidelines for computing
crop water requirements. FAO. http://www.fao.org/3/X0490E/X0490E00.htm
Cevallos-Sierra, J., & Ramos-Martin, J. (2018). Spatial assessment of the potential of renewable energy:
The case of Ecuador. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 1154-1165.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.08.015
Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W. (1994). Hidrología aplicada. McGraw-Hill.
Empresa Pública Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Riobamba [EMAPAR]. (2024). Oficina
virtual. https://www.epemapar.gob.ec/
Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento de Quito [EPMAPS]. (2025). EPMAPS
Agua de Quito. https://www.aguaquito.gob.ec/
Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología [INAMHI]. (2018). Determinación de ecuaciones de
cálculo de intensidades máximas de precipitación. https://acortar.link/T6PmC6
López, N., Domínguez, C., Barreto, W., Méndez, N., López, L., Soria, M., Lizano, R., & Montesinos, V.
(2020). Almacenamiento de agua de lluvia en medios urbanos utilizando techos verdes. La
Granja, 32(2), 54-71. http://doi.org/10.17163/lgr.n32.2020.05
López-González, B. G., Camacho, A. D., Martínez-Rodríguez, M. C., & Marcelino-Aranda, M. (2020).
Techos verdes: una estrategia sustentable. Revista Tecnología en Marcha, 33(3), 68-79.
http://dx.doi.org/10.18845/tm.v33i3.4389
Minke, G. (2021). Techos verdes: planificación, ejecución, consejos prácticos. Editorial EcoHabitar.
Mohorte, A. (2021). Las ciudades más lluviosas de cada país del mundo, reunidas en estos mapas.
Xataka. https://acortar.link/0kOnXA
Norma Ecuatoriana de la Construcción [NEC-11]. Norma Hidrosanitaria NHE AGUA., Capítulo 16,
2011.
Normalización española [UNE-EN 50160]. (2011). Características de la tensión suministrada por las
redes generales de distribución. https://n9.cl/934f8y
Permacultura Holística. (9 de mayo de 2021). ¡Techo vivo explicado paso a paso! 6 años, 6 techos vivos y
queremos compartirte nuestra experiencia [Archivo de video]. YouTube. https://n9.cl/5jla2s
Portilla, F. (2018). Agroclimatología del Ecuador. Ediciones Abya Yala. https://lc.cx/7AELeM
Rhodes, M. (2012). Implementación de un modelo de techo verde y su beneficio térmico en un hogar de Honda,
Tolima (Colombia) [Tesis de pregrado, Pontificia Universidad Javeriana]. Repositorio
institucional. http://hdl.handle.net/10554/8985
Rodríguez, I. A. (2023). Estrategias pasivas en el diseño de la envolvente para el control de la temperatura
interior en zonas de clima cálido húmedo: contribuciones a los sistemas de fachada de edificios
residenciales en Sinaloa, México [Tesis de maestría, Universitat Politècnica de Catalunya].
http://hdl.handle.net/2117/399102
Toirac, J. (2004). Patología de la construcción grietas y fisuras en obras de hormigón; origen y
prevención. Ciencia y Sociedad, 29(1), 72-114. https://doi.org/10.22206/cys.2004.v29i1.pp72-114
Varela, A., & Ron, S. (2022). Geografía y clima del Ecuador. Bio Web. https://acortar.link/e3tn6U
WEAP21. (2025). Potential and Actual Crop Evapotranspiration (ETc and ETa). https://acortar.link/uVpyEl
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Transparencia
Conflicto de interés
Los autores declaran que no existen conflictos de interés que influyan en la objetividad de este estudio.
Fuente de financiamiento
No se recibieron fondos financieros de ninguna organización que pudiera tener interés en los
resultados presentados.
Contribución de autoría
María Gabriela Soria Pugo: Conceptualización, metodología, software, validación, análisis formal,
investigación, visualización, redacción - preparación del borrador original, redacción - revisión y
edición, financiamiento, administración del proyecto, recursos, supervisión.
Willian Patricio Sarango Jumbo: Conceptualización, metodología, validación, análisis formal,
investigación, visualización, redacción - preparación del borrador original, redacción - revisión y
edición, financiamiento, recursos, supervisión.
Verónica Valeria Yépez Martínez: Conceptualización, validación, análisis formal, investigación,
gestión de datos, visualización, redacción - preparación del borrador original, redacción - revisión y
edición, financiamiento, recursos.
Doris Alexandra Andrade Sandoval: Conceptualización, validación, análisis formal, investigación,
gestión de datos, visualización, redacción - preparación del borrador original, redacción - revisión y
edición, financiamiento, recursos.
Los autores contribuyeron activamente en el análisis de los resultados, revisión y aprobación del
manuscrito final.
