Por Gary Battenberg
Una breve historia del bombeo de agua
2000 AC: los egipcios inventan el Shadoof (un dispositivo similar a un balancín) para elevar el agua de un río mediante el uso de una barra larga y suspendida con un cubo en un extremo y un peso en el otro. Era operado por una persona (extrayendo agua del río) y se podía regar alrededor de un acre de agricultura. Las representaciones del Shadoof se pueden ver en los jeroglíficos antiguos.
200 AC: La Bomba de Tornillo Arquimedeana (diseñada por Arquímedes) es considerada uno de los mejores inventos de todos los tiempos. De hecho, Arquímedes usó su diseño para bombear agua de sentina desde un barco propiedad de uno de sus asociados. Su aplicación más valiosa fue para regar grandes áreas de agricultura a lo largo del río Nilo. La bomba de tornillo todavía se usa hoy en día para bombear líquidos y sólidos granulados. En los países del tercer mundo, es el método preferido para regar cultivos sin motores eléctricos. El diseño de la bomba de tornillo de Arquímedes está en uso en nuestra era moderna y se puede ver en algunas plantas de tratamiento de aguas residuales, donde los tornillos tienen un diámetro de ocho pies (2.43 metros) y pueden levantar hasta 20,000 galones (75,708.23 litros) por minuto.
Hoy en día: la moderna bomba centrífuga de etapas múltiples utilizada para elevar el agua subterránea desde cientos de pies debajo de la superficie se basa en el tornillo de Arquímedes. La diferencia entre los dos es la forma en que cada etapa alimenta a la otra, lo que aumenta la presión, creando así la capacidad de bombear desde fuentes de aguas subterráneas profundas.
Aviso de sobregiro
Una declaración reciente del Servicio Geológico de los Estados Unidos plantea preocupaciones sobre este valioso recurso, tanto en los Estados Unidos como alrededor del mundo. El agotamiento del agua subterránea se define como la disminución del nivel del agua a largo plazo causada debido al bombeo sostenido del agua subterránea. El bombeo sostenido ha creado un agotamiento severo del agua subterránea en muchas áreas de los Estados Unidos, lo que puede compararse con un “sobregiro de la cuenta bancaria del agua subterránea”. El USGS atribuye los efectos negativos del bombeo de agua subterránea para incluir (pero no se limitan a):
• Incremento en los costos de bombeo. Cuando los niveles del agua subterránea caen, el agua debe ser subida una mayor distancia para llegar a la superficie para su uso. Se requiere más energía para impulsar la bomba, lo que aumenta los costos de los usuarios, lo que a veces hace que la fuente sea costosa de mantener y operar.
• Deterioro de la calidad del agua. El agua subterránea muy profunda y el agua debajo de los océanos es salina. Donde las condiciones naturales son estables, el límite entre el agua dulce y el agua salina permanece sin cambios. Sin embargo, el bombeo sostenido puede causar la intrusión de agua salada en las fuentes de agua dulce del interior y hacia arriba, lo que resulta en la contaminación del suministro de agua dulce por agua salada.
• Secado de pozos. El agotamiento estimado del agua subterránea en los Estados Unidos entre 1900 y 2008 totalizó aproximadamente 239.91 mi3/1,000 kilómetros cúbicos (km3). (Una milla cúbica de agua equivale aproximadamente a 1,101,117,147,352 galones; un kilómetro cúbico de agua es aproximadamente 264,172,052,358 galones. Para darle una idea de qué tanta agua significa eso en galones estadounidenses, una milla cúbica de agua equivale a la cantidad de agua que fluye sobre las Cataratas del Niágara en un mes). Desde 1950, las tasas de agotamiento de las aguas subterráneas han aumentado notablemente, con tasas máximas durante el período comprendido entre 2000 y 2008, cuando el agotamiento promedió casi 6 mi3/25 km3 por año, en comparación con el promedio de 2.21 mi3/9.2 km3 por año durante el período de tiempo 1900-2008.
• Reducción de agua en lagos y arroyos. Un porcentaje significativo de agua que fluye en los ríos es contribuido por la filtración de agua subterránea en el lecho de un arroyo. El bombeo sostenido de agua subterránea puede alterar la forma en que el agua se mueve entre un acuífero y un arroyo, lago o humedal, ya sea interceptando el flujo de agua subterránea que se descarga en aguas superficiales en condiciones naturales o por la mayor tasa de movimiento del agua desde el agua superficial hacia un acuífero. El bombeo sostenido de agua subterránea también produce un efecto negativo, por lo que la disminución de los niveles de agua subterránea por debajo de la profundidad del lecho del arroyo o el humedal da como resultado una pérdida de vegetación y hábitat de vida silvestre.
• Subsidencia del terreno. Cuando se extrae agua del suelo, el suelo colapsa, se compacta y cae debido a la pérdida de espesor saturado. El hundimiento del terreno suele ser el resultado de la eliminación del agua subterránea por actividades humanas. Caso en cuestión, el área centro-oeste de Florida de Tampa-St. Petersburgo ha experimentado la intrusión de agua salada. Debido al extenso desarrollo del agua subterránea en el área, han aparecido sumideros, lo que posteriormente llevó a Tampa a construir una planta de desalinización de agua de mar para el suministro de agua municipal.
Un problema nacional
Como se indicó anteriormente, muchas áreas de los Estados Unidos están experimentando el agotamiento del agua subterránea. En el noroeste del Pacífico, el uso industrial de los estados de Oregón y Washington ha provocado una disminución del nivel del agua subterránea en el acuífero de basalto del río Columbia de más de 100 pies (30.48 metros) en varias áreas. En las Altas Llanuras, el Acuífero Ogallala subyace en partes de ocho estados y se ha desarrollado intensamente para el riego de la agricultura. Los niveles de agua han caído más de 100 pies en algunas áreas y el espesor saturado se ha reducido en otras áreas en más de la mitad.
El desierto del suroeste ha visto un aumento en el bombeo de agua subterránea para apoyar el crecimiento de la población en las áreas del centro-sur de Arizona, Phoenix y Tucson. Esto ha resultado en una disminución del nivel del agua subterránea de entre 300 y 500 pies (91.44 y 152.4 metros) en gran parte del área. El hundimiento de la tierra de hasta 12.5 pies (3.81 metros) se ha registrado desde 1940 y la capa freática más baja ha resultado en la pérdida de vegetación en los costados de los arroyos. Los arroyos, manantiales y humedales perennes en el suroeste de los Estados Unidos son muy valorados como fuente de agua para los seres humanos, las plantas y los animales que sostienen. El desarrollo de los recursos de agua subterránea desde finales de 1800 ha resultado en la eliminación o alteración de muchas corrientes perennes, humedales y ecosistemas asociados. El río Santa Cruz, al sur de Tucson, era una zona exuberante con rodales de mezquite y álamos a lo largo del río a mediados de la década de 1960. Para 1989, los árboles habían desaparecido en gran medida y el nivel freático disminuyó más de 100 pies, lo que parece ser la razón principal de la disminución de la vegetación y la pérdida del hábitat de la vida silvestre.
La llanura costera del Atlántico ha visto intrusión de agua salina debido al bombeo sostenido de agua subterránea para el suministro doméstico. Las capas freáticas de los condados de Nassau y Suffolk (Long Island, NY) se han reducido hasta tal punto que el flujo base de las corrientes se ha reducido o eliminado significativamente. Muchos otros lugares de la costa atlántica están experimentando efectos similares por el agotamiento del agua subterránea. Las áreas afectadas incluyen la cuenca del río Ipswich, Massachusetts; en los condados costeros de Nueva Jersey; Isla Hilton Head, Carolina del Sur; Brunswick y Savannah, Georgia y Jacksonville y Miami, Florida.
En la llanura de la costa del golfo, varias áreas están experimentando los efectos del agotamiento del agua subterránea. Los niveles de agua subterránea en Baton Rouge, Luisiana han disminuido en aproximadamente 200 pies (60,96 metros). En el área de Houston, Texas, los niveles de agua subterránea se han reducido hasta 400 pies (121,92 metros), lo que resulta en un hundimiento de la tierra de hasta 10 pies (3,04 metros). Las empresas de agua municipales de Arkansas, Luisiana, Mississippi y Tennessee obtienen su agua del acuífero Sparta, que ha experimentado una disminución significativa del nivel del agua. El área de Memphis, Tennessee, es una de las áreas metropolitanas más grandes del mundo y depende completamente del agua subterránea para el suministro municipal, lo que ha provocado una disminución del nivel del agua subterránea de hasta 70 pies (21.33 metros).
Las áreas de Chicago-Milwaukee en el lago Michigan han estado utilizando las aguas subterráneas de la cuenca de los Grandes Lagos desde aproximadamente 1864 como su única fuente de agua potable para 8.2 millones de personas. Este bombeo sostenido de agua subterránea ha reducido los niveles de agua subterránea hasta 900 pies (274.32 metros) en algunas áreas.
Señal de alarma
Uno puede determinar a partir de los detalles aquí presentados que nosotros, como nación, hemos sobregirado seriamente nuestra cuenta bancaria del agua subterránea. Si bien hay programas de reabastecimiento de agua subterránea que se han instituido en la última década, todavía tenemos una tremenda sed por un recurso que hemos dado por supuesto durante demasiado tiempo. Las instalaciones de fontanería que ahorran agua, el racionamiento de agua, la captación de lluvia, la reutilización de agua y similares son cambios culturales que hemos realizado y seguimos avanzando en este nuevo siglo. Todos debemos hacer nuestra parte para conservar este valioso recurso en vista de otras áreas del mundo que se han quedado sin fuentes de agua dulce y se enfrentan a costos exorbitantes para construir sistemas de abastecimiento para proporcionar agua potable y de trabajo para sus hogares, negocios y necesidades agrícolas. Aquí en los Estados Unidos de América, no queremos unirnos a una fraternidad de países que ignoraron el agotamiento de sus recursos hídricos durante mucho tiempo y ahora tienen que pagar el precio. Debemos dejarles a nuestros hijos las mismas comodidades que disfrutamos en años pasados.
Conclusión
Como industria, podemos estar muy orgullosos de los pasos que los fabricantes de equipos y medios han tomado para mejorar la eficiencia de los productos de tratamiento de agua. El uso del agua se ha reducido hasta en un 90 por ciento. Atrás quedaron los días en que un suavizante residencial utilizaba de 80 a 120 galones (302.83 a 454.24 litros) de agua para regenerarse. Ahora hay productos certificados que pueden regenerar un pie cúbico de resina suavizante con una libra (5.44 kilos) de sal y recuperar más de 5,000 granos de capacidad utilizando solo 12 galones (45.4 litros) de agua. Los productos de ósmosis inversa ahora recuperan hasta el 75 por ciento del agua de alimentación en comparación con la recuperación del 18 por ciento que era típica en los primeros años de la tecnología residencial. No es una exageración decir que estamos haciendo nuestra parte para reducir la demanda excesiva de agua considerando los problemas que hemos creado como sociedad.
Acerca del autor
Gary Battenberg es Especialista en Apoyo Técnico y Diseño de Sistemas en la División de Conectores de Sistemas de Fluidos de Parker Hannifin Corporation en Otsego, Michigan. Tiene 37 años de experiencia en los campos de los procesos de tratamiento de aguas residenciales, comerciales, industriales, de alta pureza y estériles. El Sr. Battenberg ha trabajado en las áreas de ventas, servicio, diseño y fabricación de sistemas y procesos de tratamiento de agua utilizando tecnologías de filtración, intercambio iónico, esterilización UV, ósmosis inversa y ozono. Puede comunicarse con él por teléfono al (269) 692-6632 o por correo electrónico, [email protected]