El filtro lento
de arena

Agua potable para vivir

Sin agua potable no hay salud, ni casa sana, ni comunidad que se sostenga. El filtro lento de arena es una de las tecnologías apropiadas más antiguas y probadas para lograrla: no necesita químicos ni electricidad, se hace con materiales que hay en cualquier parte, y una comunidad que la conoce puede construirla, repararla y enseñarla.

Una tecnología apropiada no se mide por lo moderna que es, sino por si la gente del lugar la entiende, la construye con lo que tiene a mano, la mantiene sin depender de nadie y la adapta. El filtro lento de arena cumple todo eso. Lo que falta casi siempre no son materiales: es el conocimiento de cómo hacerlo bien, y que ese conocimiento circule. Por eso este manual es abierto.

Aquí está ordenado y adaptado a República Dominicana el trabajo de dos fuentes: el estudio de largo plazo de cinco filtros caseros en barriles que documentó Dave Tarsi en slowsandfilter.org (estado de Washington, EE. UU., desde 2007, con análisis de laboratorios certificados), y The Texas Manual on Rainwater Harvesting (Texas Water Development Board, 3.ª edición, 2005). Todas las medidas están pasadas a sistema métrico y los criterios, ajustados al clima del Caribe.

Cómo funciona un filtro lento de arena

No es un colador: es un ecosistema. El agua baja muy despacio por una columna de arena fina y, en los primeros centímetros, una película viva se come lo que trae el agua.

Tres mecanismos

1. La capa biológica (schmutzdecke). En los 5–10 cm de arriba se forma una capa de bacterias, algas, diatomeas y pequeños organismos. Atrapa y consume bacterias, parásitos y materia orgánica. Es el corazón del filtro.
2. Filtración física. Los espacios entre granos de arena fina retienen partículas, quistes de Giardia y Cryptosporidium y turbidez.
3. Tiempo de contacto. El agua tarda horas en atravesar el filtro (en los filtros de barril, entre 2 y 30 h). Ese tiempo es el que permite que la biología y la adsorción hagan su trabajo.

Lento, biosand y rápido: no confundirlos

La velocidad de filtración no es litros por hora, sino metros por hora: cuánto baja el agua por unidad de superficie. 20 L/h por un barril de 25 cm de diámetro no es lo mismo que 20 L/h por uno de 75 cm, porque el agua pasa mucho más rápido por la arena del primero y tiene menos tiempo de contacto. La fórmula está en el Anexo A.

Lo que enseñan cinco filtros en barriles

Entre 2007 y hoy, Dave Tarsi construyó y siguió cinco filtros lentos caseros alimentados con agua de techo. Midió caudales durante años y mandó a analizar el agua de entrada y de salida a laboratorios certificados por la EPA.

Velocidades calculadas por Somos Barro RD a partir de los caudales publicados; para los filtros 1 a 3 se asume un barril de 56 cm de diámetro (0,245 m²). Rango recomendado: 0,1–0,3 m/h.

Resultados que importan

• Bacterias: remoción de más del 99,9 % de las coliformes, incluida E. coli. En una prueba a 0 °C de temperatura ambiente, el filtro bajó de 30.000 a 10 UFC: 99,9996 % (3,5 log), siempre que la superficie no se congele y el agua siga circulando.
• Hidrocarburos del techo: los hidrocarburos totales de petróleo bajaron de 2,9 mg/L a menos de 0,2 mg/L.
• Duración: el filtro más antiguo funciona sin interrupción desde 2007. Bien operado, el filtro no se gasta: lo que se hace es mantenerlo.
• Pérdida de caudal: un filtro bajó de 45 L/h a 3 L/h en un año sin limpieza. Es normal: la capa biológica crece y frena el paso. Se recupera limpiando la superficie (sección 13). El autor recomienda limpiar al menos una vez al año, porque el carbono orgánico total del agua sube a medida que envejece la capa biológica.
• El agua de techo sin pretratar tapa el filtro en horas. Sin desviador de primeras aguas ni algún prefiltrado, el polvo, el polen y la materia orgánica que arrastran los primeros litros colmatan la superficie de arena casi de inmediato. Por eso la captación y el pretratamiento son parte del filtro (secciones 04 a 08).

El sistema completo: del techo al vaso

El filtro lento es una barrera dentro de una cadena. Cada eslabón saca algo distinto, y si falla uno, el siguiente trabaja de más. A esto se le llama multibarrera.

El techo y cuánta agua se capta

La calidad del agua la decide, antes que nada, el techo. Y la cantidad, el área del techo y la lluvia.

Materiales de techo en RD

• Soldaduras de plomo en canaletas viejas: no sirven para agua de beber. La lluvia es levemente ácida y disuelve el plomo.
• Árboles sobre el techo: podar las ramas que lo cubren. Traen hojas y les dan acceso a ratas y lagartos.
• Canaletas: con pendiente hacia la bajante y el borde exterior más bajo que el interior. En los valles del techo (donde se juntan dos aguas), la canaleta suele desbordar: agrandarla o agregar otra bajante.
• Mallas: malla de ~6 mm en la canaleta y un cesto o filtro de embudo con malla de acero inoxidable en la bajante. Hay que limpiarlas: una malla tapada también cría bacterias.

Cuánta agua se capta

Ejemplo: un techo de 40 m² en planta, con una lluvia de 25 mm, da 40 × 25 × 0,8 = 800 litros. El dato de lluvia mensual del lugar conviene tomarlo de la serie de la estación meteorológica más cercana. Para dimensionar la cisterna se usa la mediana mensual, que es más prudente que el promedio, y se cuenta el período seco más largo esperable (sección 08).

El desviador de primeras aguas

Cuando empieza a llover, los primeros litros lavan el techo: polvo, polen, heces de aves y lagartos, hollín, sal marina. El desviador (first flush diverter) aparta esa agua antes de que llegue a la cisterna. Para un filtro lento de arena, es la pieza que decide si dura años o se tapa en horas.

Cómo funciona

Una cámara vertical se llena primero con el agua sucia. Cuando se llena, una pelota flotante sube y sella la entrada (o el agua simplemente rebalsa por la T), y el resto de la lluvia, ya limpia, sigue hacia la cisterna. Un orificio pequeño o una llave apenas abierta en el fondo vacía la cámara despacio, para que esté vacía en la próxima lluvia.

Cuánta agua desviar

No hay un número exacto. Depende de cuántos días secos pasaron, del polvo y la materia orgánica sobre el techo, de los árboles y los animales, de la pendiente y lo liso del techo, y de la intensidad de la lluvia. Las fuentes dan rangos muy distintos. Expresados en litros por metro cuadrado de techo en planta (1 L/m² = 1 mm de lluvia), quedan así:

Conversiones de Somos Barro RD. 1 gal/100 ft² = 0,41 L/m².

Intensidad mínima para que el techo se lave: según Texas, alrededor de 2,5 mm/h en un techo con pendiente y 4,6 mm/h en uno plano o casi plano. Una llovizna no lava el techo: solo moja la suciedad, y conviene que esa agua no llegue a la cisterna.

Dimensionar la cámara

El orificio de vaciado

Es el detalle que más se diseña mal. El orificio tiene que vaciar la cámara antes de la próxima lluvia, pero dejar salir menos agua de la que entra en una lluvia suave. Si es grande, en lluvias débiles el desviador nunca se llena y toda el agua se va al drenaje; si es chico, se tapa o no se vacía.

Cálculo de Somos Barro RD con la ecuación de Torricelli (Cd = 0,62), tanque de 57,5 cm de diámetro y 85 cm de altura de agua.

Para comparar: una lluvia suave de 5 mm/h sobre 40 m² entrega unos 3,3 L/min. Con un orificio de 8 mm, ese desviador perdería toda la lluvia suave. En una cámara de tanque conviene un orificio de 2–3 mm protegido con una malla fina, o mejor una llave de paso pequeña regulable (o un gotero de riego), más una tapa de limpieza grande. En un tubo de 6–8" de 1–2 m, el orificio de 8 mm del plano de Arkitrek sí funciona, porque el volumen es mucho menor.

Otras formas

Mantenimiento

• Después de cada lluvia, comprobar que la cámara se vació y que el orificio no está tapado.
• Cada mes en temporada de lluvias (y antes de la primera lluvia después de una seca): abrir la tapa de limpieza y sacar el barro del fondo.
• Revisar que la pelota no esté deformada ni pegada.
• Llevar el agua desviada a un jardín o una zanja de infiltración, lejos de la base de la cisterna y de la casa.
• Antes de un huracán o una quema cercana: cerrar la entrada a la cisterna (llave o tapón de desvío total) y abrirla solo cuando el techo esté lavado.

Lavador de techo, turbidez y prefiltro

El filtro lento tolera poca turbidez. Lo que no saca el desviador hay que sacarlo antes de que llegue a la arena.

Lavador de techo (roof washer)

Es un recipiente de 110–190 L (30–50 gal), justo antes de la cisterna, con malla para hojas y un filtro de ~30 micras. Si no se limpia, se tapa y se convierte en un criadero de patógenos. Una alternativa casera es un tanque de sedimentación: un tanque intermedio donde el agua entra por arriba, reposa y sale por un rebalse, dejando el barro en el fondo.

Prefiltro de grava (si el agua viene turbia)

Si el agua de la cisterna supera seguido los 10–20 NTU —por ejemplo, una losa plana con mucho polvo, o si se mezcla con agua de cañada—, conviene un prefiltro de grava antes del filtro lento: un recipiente con capas de grava de mayor a menor tamaño, por el que el agua pasa a una velocidad varias veces mayor que la del filtro de arena. Retiene la mayor parte del limo y alarga mucho el tiempo entre limpiezas. Es un diseño para probar y medir, no está en el estudio de Tarsi.

La cisterna

La cisterna no es solo almacenamiento: es también un sedimentador. Bien hecha, entrega al filtro un agua más clara que la que recibe.

• Opaca, para que no crezcan algas: pintada o de material que no deje pasar la luz.
• Tapada, con ventilaciones y rebalse con malla contra mosquitos. En RD esto no es opcional: dengue.
• Accesible para limpiarla, con boca de hombre. El lodo del fondo se puede sacar una vez al año con una manguera con un embudo invertido en la punta, sin vaciarla.
• Nunca un recipiente que haya contenido tóxicos. Tanques de grado alimenticio.
• Base firme y nivelada. El agua pesa 1 kg por litro: un tanque de 1.100 gal pesa más de 4 toneladas lleno.
• Lejos de establos, corrales, letrinas y pozos sépticos (al menos 15 m), y con el rebalse dirigido lejos de su propia base.
• Varios tanques en serie permiten limpiar uno sin quedarse sin agua.
• Ferrocemento o bloque: buena opción local y barata; enlucido interior con un mortero apto para agua potable. El hormigón da algo de alcalinidad al agua, lo que corrige su acidez natural.

Toma flotante

El agua más limpia de una cisterna está entre 25 y 40 cm por debajo de la superficie: arriba flota lo liviano y abajo está el lodo. Una toma flotante con manguera flexible saca siempre de esa franja. Se puede hacer con un flotador, una malla y una manguera. Es la mejor forma de alimentar el filtro lento.

pH

La lluvia es levemente ácida (pH ~5,7) porque disuelve el CO₂ del aire. Si se quiere corregir, según Texas basta 1 cucharada de bicarbonato de sodio por cada ~380 L. Una cisterna de hormigón o ferrocemento lo hace sola.

Tamaño

La cisterna tiene que cubrir el período más largo sin lluvia que se espera. Un método rápido es guardar el consumo de tres meses; el método preciso es el balance mes a mes del Anexo A. Solo para beber y cocinar, una familia de cuatro usa unos 15–20 L por día: unos 1.800 L por trimestre.

Diseño del filtro

Un barril de 55 galones, arena bien elegida, grava, tubos de PVC y una salida que mantenga la arena siempre bajo agua.

Criterios de diseño

Cuánta agua da un barril

Un barril de 55 gal tiene unos 56 cm de diámetro interior: 0,245 m² de superficie de arena.

Un solo barril sobra para el agua de beber y cocinar de varias familias. Lo que limita casi siempre no es el filtro, sino tener agua para alimentarlo de forma continua y un depósito donde guardar lo filtrado. Para más volumen se usan varios barriles en paralelo, o un filtro de ferrocemento o bloque: área (m²) = caudal (m³/h) ÷ velocidad (m/h).

Filtro 4: barril de 55 galones

TE = tamaño efectivo (D10).

Lectura técnica: es el filtro más productivo del estudio, pero su arena principal de 0,45 mm queda por encima del rango recomendado (0,15–0,35 mm). La filtración fina la hacen solo los 7,6 cm de arena de 0,25 mm de arriba. Para agua de beber, conviene que esa capa fina sea de 30–40 cm, aunque baje el caudal.

Filtro 5: barril de 65 galones

Lectura técnica: es el diseño más cuidado: casi 30 cm de arena muy fina arriba, difusor de entrada, desagüe a nivel del agua para el rastrillado húmedo y respiradero. Según el autor, la arena retiene un 50 % de agua por volumen y el agua tarda de 6 a 8 horas en atravesarla. Funciona por debajo del rango de velocidad, así que filtra muy bien pero poco volumen. El propio autor anota que la arena fina quizás deba ser de 0,25 mm, o que el agua necesite prefiltrado si su turbidez no se mantiene por debajo de 5 NTU. Pesa más de 335 kg solo en arena y grava, y casi media tonelada con el agua: necesita una base firme.

La arena: conseguirla, medirla, lavarla

La arena es el filtro. Un buen barril con arena equivocada no sirve.

Qué arena

• Ideal: arena certificada para filtración de agua potable (normas NSF/ANSI 61 o AWWA B100). Si no se consigue, arena silícea limpia de río o de cantera, de la que se conozca el origen.
• Que no tenga plomo, mercurio, asbesto, zinc, combustibles ni plaguicidas. Desconfiar de arena sacada cerca de talleres, carreteras, fincas fumigadas o rellenos.
• Evitar la arena de playa: trae sal y fragmentos de concha que se disuelven, y sacarla destruye la costa.
• Evitar la arena de construcción sin lavar: trae arcilla, limo y materia orgánica.
• La arena de juego esterilizada que se vende en ferreterías puede servir, si su granulometría es la correcta.

Medirla: tamaño efectivo y uniformidad

Se hace con una granulometría por tamices: se seca una muestra de unos 500 g, se pasa por una serie de tamices y se pesa lo que queda en cada uno. Con eso se dibuja la curva de "porcentaje que pasa" contra la abertura del tamiz.

• Tamaño efectivo (D10): la abertura por la que pasa el 10 % del peso de la arena.
• D60: la abertura por la que pasa el 60 %.
• Coeficiente de uniformidad: CU = D60 ÷ D10. Buscar menos de 2.

El método de tamizado y cómo dibujar la curva están en el Manual 08 · Análisis de tierra. Sin tamices de laboratorio, se puede preparar la arena con dos mallas: una que deje pasar lo menor de ~0,35 mm y otra que retenga lo mayor de ~0,15 mm, y quedarse con lo que queda entre las dos. Hay ejemplos de tamaños de arena, con fotos ampliadas, en slowsandfilter.org.

Lavarla

Lavar la arena en tandas, en un balde o una batea, revolviendo y volcando el agua turbia, hasta que el agua de lavado salga clara. Eso elimina arcilla, limo y materia orgánica. La grava también se lava. Un barril necesita unos 300 kg de arena y grava: conviene armar una estación de lavado y hacerlo en grupo.

Construcción paso a paso

Se arma en un día con herramientas básicas. Lo que lleva tiempo es conseguir y lavar la arena.

Materiales para un filtro de un barril

• Barril de 55 gal de grado alimenticio, opaco, con tapa (que no haya tenido químicos).
• Tubo y accesorios de PVC de 1/2": T, codos de 90° y 45°, cruz, tapones, adaptadores roscados macho y hembra, para el dren, la salida y el difusor.
• Manguera apta para agua potable, abrazaderas, cinta de teflón y sellador apto para agua potable.
• Balde de 5 gal (19 L) con malla de nailon y una malla de acero inoxidable en su salida.
• ~45 kg de grava y ~250–300 kg de arena, lavadas.
• Taladro, mechas de 1,3 mm y 4,8 mm, sierra.

Pasos

1. Base: preparar una base firme y nivelada, más alta que el depósito de agua filtrada, para que todo funcione por gravedad. El filtro lleno pesa casi media tonelada.
2. Salida: perforar el barril cerca del fondo y montar el pasamuro roscado. Sellar bien.
3. Dren: armar el dren de PVC (en cuadrado o en peine), con agujeros de 4,8 mm a los costados de los tubos, no arriba. Conectarlo a la salida.
4. Tubo de salida: por fuera del barril, subir con la manguera o el PVC hasta unos 5 cm por encima de donde quedará la superficie de arena. Arriba, una T con respiradero corta el sifón: así el filtro nunca se vacía por debajo de ese nivel.
5. Llenar con agua primero. Antes de echar la grava y la arena, llenar el barril con agua limpia hasta la mitad. Echar los materiales dentro del agua evita bolsas de aire en la arena.
6. Grava cubriendo el dren, después la gravilla de separación, después la arena gruesa y por último la arena fina. Nivelar cada capa sin apisonar.
7. Difusor de entrada: un tubo perforado con agujeros de 1,3 mm, o el balde con mallas apoyado sobre la tapa, para que el agua llegue sin golpear ni hacer pozos en la arena.
8. Desagüe de rastrillado: un tapón roscado en la pared, a la altura del agua sobre la arena, para sacar el agua turbia cuando se limpie (sección 13).
9. Tapa y respiradero con malla. El interior oscuro.
10. Depósito de agua filtrada: recipiente tapado, opaco, con respiradero con malla y llave. Nunca destapado ni con un vaso que se mete adentro.

Operación: que nunca se seque

Un filtro lento funciona mejor con un caudal parejo y continuo. Las tres formas de lograrlo, de la más simple a la más elaborada:

Números de la recirculación del filtro 5

• Temporizador de riego: 1 minuto de bomba por hora, ~114 L (30 gal) recirculados por día.
• Bomba de 12 V que consume 7–10 A mientras funciona, con fusible rápido de 15 A: ~2,8 Ah por día.
• Un panel de 60 W y 12 V, a media corriente (2,5 A) durante 7 horas, da ~17,5 Ah por día: sobra. Una batería de ciclo profundo pequeña alcanza como reserva.

Una advertencia propia: recircular agua ya filtrada mantiene la arena mojada y con oxígeno, pero no le da alimento a la capa biológica. Sirve para semanas, no para meses. Si la seca es larga, conviene alimentar con algo de agua de cisterna todos los días.

Maduración

En el trópico

• Sombra: el filtro y los depósitos a la sombra. El agua caliente tiene menos oxígeno y el sol en un recipiente traslúcido cría algas.
• Oxígeno: la capa biológica consume oxígeno. Si el agua sobre la arena se queda quieta y caliente días enteros, se vuelve anaeróbica y huele mal. El caudal continuo lo evita.
• Mosquitos: toda abertura con malla. El agua quieta y abierta es un criadero.
• Huracanes: si se corta la alimentación, mantener el nivel con baldes de agua de cisterna. Si el filtro se secó, hay que madurarlo de nuevo.

Mantenimiento y limpieza

Que el caudal baje con el tiempo es señal de que el filtro trabaja. Se limpia cuando baja demasiado, y siempre de forma suave.

Medir el caudal

Cronometrar cuántos segundos tarda en llenarse un recipiente de 4 L en la salida. Para un barril de 55 gal (56 cm, 0,245 m²):

Limpiar cuando la velocidad baje a cerca de un tercio de la inicial, o cuando el caudal ya no alcance para lo que se necesita. Y en cualquier caso, una vez al año.

Rastrillado húmedo (la forma recomendada en barriles)

1. Cortar la alimentación y cerrar la salida.
2. Con la mano limpia o una paleta, revolver suavemente solo los 2–3 cm de arriba de la arena, bajo el agua.
3. Sacar el agua turbia por el desagüe de rastrillado (o con un recipiente) y reponerla con agua de cisterna. Repetir hasta que salga clara.
4. Volver a alimentar. Esperar al menos 1 semana antes de volver a tomar el agua, para que la capa biológica se recupere.

Raspado (filtros grandes)

Bajar el agua apenas por debajo de la superficie, retirar los 2–3 cm de arriba de la arena y volver a llenar desde abajo. Después de un raspado, esperar 3 semanas. Tras varios raspados, cuando la arena baje de unos 60 cm, reponer con arena lavada.

Calendario

Medir y analizar el agua

Sin análisis no se sabe si el agua es potable. La prueba que vale es comparar la entrada con la salida, el mismo día.

El protocolo de Tarsi

1. Después de al menos 3 semanas de maduración, tomar a la vez una muestra de la entrada (agua de cisterna) y una de la salida.
2. Mandar ambas a un laboratorio certificado para coliformes totales y E. coli.
3. Resultado buscado: la entrada con cientos o miles de colonias y la salida con menos de 1 coliforme por 100 ml. Si la entrada sale limpia, la prueba no demuestra nada sobre el filtro.
4. Repetir con regularidad: Texas recomienda cada 3 meses como mínimo para agua de beber, y siempre antes y después del tratamiento.

Qué pedir al laboratorio

• Usar el frasco estéril que entrega el laboratorio y llevar la muestra fría, dentro del plazo que pide (para coliformes, generalmente menos de 24–36 horas).
• Entre análisis, las tiras de H₂S o los kits de presencia/ausencia sirven para vigilar, no para certificar.
• Anotar todo en el registro del Anexo B: la serie de datos vale más que un análisis aislado.

Última barrera: desinfección y punto de uso

El filtro lento hace la mayor parte del trabajo. Para agua de beber, una última barrera cubre lo que pueda pasar: virus, una falla de operación o recontaminación en el depósito.

Dosis de cloro

Para desinfectar hace falta 1 ppm de cloro libre. Con cloro de uso doméstico al 6 %: unos 16 ml por cada 1.000 L (Texas: ¼ de taza por cada 1.000 galones). Verificar la concentración en la etiqueta: si es al 5 %, usar ~19 ml. Diluirlo antes en un balde y mezclar. El agua tiene que reposar el tiempo de contacto:

Tabla 3-2 del Texas Manual. Más pH, más tiempo de contacto.

Seguridad y límites

Un filtro lento bien hecho da agua muy buena, pero hay cosas que no hace. Decirlas es parte de hacerlo bien.

• No llamarlo "agua potable" sin análisis de laboratorio de ese filtro, con esa agua. El autor del estudio lo dice expresamente: sus filtros no garantizan agua potable.
• Químicos disueltos (sal, nitratos, metales, la mayoría de los plaguicidas): los retiene poco o nada. Por eso el techo y la arena tienen que estar libres de tóxicos.
• Virus: la remoción publicada va del 91 % al 99,999 %. No alcanza sola: después de inundaciones o si hay dudas, sumar cerámica, UV o cloro.
• Filtro nuevo, recién limpiado o que se secó: no protege. Agua hervida o clorada hasta que madure.
• Agua muy turbia (más de 20 NTU de forma continua) tapa el filtro: pretratar antes.
• Higiene: no meter las manos en el depósito de agua filtrada; lavar el depósito y la llave; usar manguera y accesorios aptos para agua potable.
• Peso: casi media tonelada por barril. Base firme, lejos de bordes, y cuidado al moverlo.

Anexo A · Fórmulas de cálculo

Las cuentas del manual en un solo lugar.

Conversiones: 1 gal = 3,785 L · 1 ft² = 0,0929 m² · 1 in = 2,54 cm · 1 lb = 0,454 kg · 0,62 gal/ft² por pulgada de lluvia = 1 L/m² por mm.

Anexo B · Registro de operación

Copiar estas columnas en un cuaderno o una planilla. Una fila por día de control.