Cálculos Esenciales de Ingeniería Ambiental: Caudal, DQO y Huella de Carbono (CO₂e)

Fundamentos y Conversiones de Unidades

Conversiones de Volumen y Capacidad

Las siguientes conversiones son fundamentales para los cálculos de ingeniería:

• 1 L = 1.000 mL
• 1.000 L = 1 m³
• 1.000 m³ = 1 Dam³
• 1.000.000 m³ = 1.000 Dam³ = 1 hm³
• 1.000 hm³ = 1.000.000 Dam³ = 1.000.000.000 m³ = 1 km³

Ejercicios Prácticos de Caudal y Población Equivalente

Ejemplo 1: Cálculo de Población Equivalente y Caudal Ajustado

1. 1 Hm³ = 1.000.000 m³
2. 0,0322 Hm³/año = 32.200 m³/año
3. 32.200 m³/año = 88,22 m³/día
4. 88,22 m³/día / 0,150 m³/persona/día = 588 personas
5. 88,22 m³/día x 0,8 (Factor de ajuste) = 70,58 m³/día (Caudal ajustado)

Ejemplo 2: Estimación de Caudal por Unidades Habitacionales (U.H.)

1. 200 U.H. x 4 personas/U.H. = 800 personas
2. 800 personas x 0,280 m³/día/persona = 224 m³/día
3. 224 m³/día x 0,8 (Factor de ajuste) = 179,2 m³/día (Caudal ajustado)

Ejemplo 3: Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Requerimiento de Aire

1. 450 mg/L DQO = 0,00045 kg/L DQO
2. 0,00045 kg/L DQO x 150.000 L/día (150 m³/día) = 67,5 kg DQO/día
3. 67,5 kg DQO/día x 7 kg O₂/kg DQO = 472,5 kg O₂/día
4. 472,5 kg O₂/día x 100 / 12% (Eficiencia) = 3.937,5 kg aire/día ≈ 3,94 m³ aire/día (O₂)

Ejemplo 4: Cálculo de Oxígeno Requerido

1. 3 mg/L de Oxígeno x 90.000 L = 270.000 mg = 270 gramos de Oxígeno/día.

Ejemplo 5: Disponibilidad de Agua por Habitante

1. 110 km³ x 1.000.000.000 m³/km³ = 110.000.000.000 m³/año
2. 110.000.000.000 m³/año / 6.000.000 habitantes = 18.333 m³/habitante/año

Ejemplo 6: Conversión de Caudal y Estimación de Población Servida

1. 3,5 L/s x 60 s/min = 210 L/min x 60 min/h = 12.600 L/hora
2. 12.600 L/hora x 24 h/día = 302.400 L/día
3. 302.400 L/día / 250 L/persona/día = 1.209 personas
4. 1.209 personas / 4 personas/familia = 302 familias de 4 personas.

Cálculos de Huella de Carbono (CO₂e)

Emisiones por Consumo de Combustible Vehicular

Cálculo basado en un consumo semanal de 70 litros por vehículo:

• 70 L/semana x 52 semanas/año = 3.640 L/año por vehículo
• 3.640 L/año x 2,231 kg CO₂/L = 8.120,84 kg CO₂/año ≈ 8,12 ton CO₂/año/vehículo
• 3.640 L/año x 0,000346 kg CH₄/L = 1,26 kg CH₄/año x 28 (Potencial de Calentamiento Global, GWP) = 35,26 kg CO₂e/año ≈ 0,035 ton CO₂e/año
• 3.640 L/año x 0,00002211 kg N₂O/L = 0,080 kg N₂O/año x 265 (GWP) = 21,2 kg CO₂e/año ≈ 0,0212 ton CO₂e/año
• TOTAL EMISIONES POR VEHÍCULO: 8,12 ton CO₂ + 0,035 ton CO₂e + 0,0212 ton CO₂e = 8,1762 ton CO₂e/año/vehículo
• 8,1762 ton CO₂e/año/vehículo x 2 vehículos = 16,35 ton CO₂e/año

Emisiones por Consumo Eléctrico

Basado en un consumo diario de 178 kWh por día de trabajo (260 días/año):

• 178 kWh/día x 260 días/año = 46.280 kWh/año
• 46.280 kWh/año x 0,0879 kg CO₂e/kWh (Factor 2023) = 4.068,01 kg CO₂e/año ≈ 4,07 ton CO₂e/año

Emisiones por Aguas Residuales (Tanque Séptico)

Cálculo para 13 empleados que descargan aguas residuales a un tanque séptico en la empresa:

• 13 personas x 4,38 kg CH₄/persona/año = 56,94 kg CH₄/año
• 56,94 kg CH₄/año x 28 (GWP) = 1.594,32 kg CO₂e/año ≈ 1,59 ton CO₂e/año

Emisiones por Ganadería (80 Hembras de Carne)

Proceso Digestivo (Fermentación Entérica)

• 80 hembras CARNE x 85,80 kg CH₄/animal/año = 6.864 kg CH₄/año x 28 (GWP) = 192.192 kg CO₂e/año ≈ 192,19 ton CO₂e/año

Manejo de Estiércol

• 80 hembras CARNE x 1 kg CH₄/animal/año = 80 kg CH₄/año x 28 (GWP) = 2.240 kg CO₂e/año ≈ 2,24 ton CO₂e/año

TOTAL EMISIONES GANADERÍA: 192,19 ton CO₂e/año + 2,24 ton CO₂e/año = 194,43 ton CO₂e/año

Remoción y Reducción de Carbono

Reducción por Sistema Fotovoltaico

• 7,86 ton CO₂e/semana x 52 semanas/año = 408,72 ton CO₂e/año
• Conclusión: La organización reduce 408,72 ton CO₂e/año por el uso del sistema fotovoltaico.

Remoción de Carbono por Bosques

Bosque Primario (50 Ha)

Posee un Bosque Primario de 50 Ha con capacidad de fijación de 8 ton CO₂e/Ha/año:

• 50 Ha x 8 ton CO₂e/Ha/año = 400 ton CO₂e/año
• Conclusión: El Bosque Primario remueve anualmente 400 ton CO₂e/año.

Bosque Secundario (50 Ha)

Posee un Bosque Secundario de 50 Ha con capacidad de fijación de 16 ton CO₂e/Ha/año:

• 50 Ha x 16 ton CO₂e/Ha/año = 800 ton CO₂e/año
• Conclusión: El Bosque Secundario remueve anualmente 800 ton CO₂e/año.