Sectorizacion en Redes de Agua Potable

Comisión Nacional del Agua

Sectorización en Redes de Agua Potable

Julio de 2007

www.cna.gob.mx

ADVERTENCIA Se autoriza la reproducción sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente. Esta publicación forma parte de los productos generados por la Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento, cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Coordinación General de Atención Institucional Comunicación y Cultura del Agua de la Comisión Nacional del Agua. Autor: Comisión Nacional del Agua Insurgentes Sur 2416 Col. Copilco El Bajo, C.P. 04340, México, D.F. Tel: (55) 5174-4000 www.cna.gob.mx

Titulo: Sectorización en Redes de Agua Potable ISBN 968-817-820-9 ISBN 978-968-817-820-1 Primera Edición 2007 Editor: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaña, C.P. 14210, Tlalpan, México, D.F.

Impreso en México

Distribución gratuita. Prohibida su venta.

Comisión Nacional del Agua Ing. José Luis Luege Tamargo Director General Ing. Marco Antonio Velázquez Holguín Coordinador de Asesores de la Dirección General Ing. Raúl A. Navarro Garza Subdirector General de Administración Lic. Roberto Anaya Moreno Subdirector General de Administración del Agua Ing. José Ramón Ardavín Ituarte Subdirector General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Ing. Sergio Soto Priante Subdirector General de Infraestructura Hidroagrícola Lic. Jesús Becerra Pedrote Subdirector General Jurídico Ing. José Antonio Rodríguez Tirado Subdirector General de Programación Ing. Felipe Ignacio Arreguín Cortés Subdirector General Técnico Lic. René Francisco Bolio Halloran Coordinador General de Atención de Emergencias y Consejos de Cuenca M.CC. Heidi Storsberg Montes Coordinadora General de Atención Institucional, Comunicación y Cultura del Agua Lic. Mario Alberto Rodríguez Pérez Coordinador General de Revisión y Liquidación Fiscal Dr. Michel Rosengaus Moshinsky Coordinador General del Servicio Meteorológico Nacional Lic. Ricardo Saúl Gutiérrez Calderón Titular del Órgano Interno de Control Responsable de la publicación: Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento Gerencia de Estudios y Proyectos de Agua Potable y Redes de Alcantarillado Antonio Fernández Esparza Gerente de Estudios y Proyectos de Agua Potable y Redes Alcantarillado Luis M. Salmones Hernández Especialista en Hidráulica

PRÓLOGO

Durante el Cuarto Foro Mundial del Agua en México, las conferencias y debates han permitido ampliar el nivel de comprensión de las respuestas necesarias, destacando de entre todos los objetivos, el cumplimiento de Metas de Desarrollo del Milenio para el 2015, adoptadas por la cumbre de las Naciones Unidas del año 2000, que en materia de agua establece la reducción a la mitad el porcentaje de personas sin acceso sustentable al agua potable y al saneamiento básico. En nuestro país, dentro de las metas del Programa Nacional Hidráulico 2001-2006, se aspira a lograr una cobertura del 89% en el suministro de agua potable, partiendo de que en 2000 se contaba con 88,5 %.

Al interior de la Comisión Nacional del Agua, se lucha por obtener los mejores resultados a partir de un cambio en el concepto de cobertura, pues la existencia de infraestructura hidráulica no garantiza la adecuada prestación del servicio, enfrentando así dos problemas: la ampliación y el mejoramiento.

El programa denominado Abastecimiento de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento en Zonas Urbanas ha representado el pilar sobre el que se apoya la mayor parte de la inversión federal, pero no es suficiente; la creación del PROMAGUA (Programa de Modernización de los Organismos Operadores), del PRODDER (Programa de Devolución de Derechos) y del PROSSAPYS (Programa para la Sostenibilidad de los Servicios de Agua Potable y Saneamiento en Zonas Rurales), ha permitido diversificar los esquemas de financiamiento, aunque todos los apoyos fiscales se destinan principalmente a lograr la mejora en la eficiencia de los sistemas de agua potable.

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Siendo esta la tendencia actual, los responsables de la prestación de los servicios, gradualmente van concentrando sus esfuerzos en la realización de acciones que les permitan incrementar sus eficiencias, tanto en la reducción del agua no contabilizada como en el aumento de sus ingresos económicos por el servicio. Lamentablemente, no siempre se trabaja en el orden adecuado y las inversiones no reflejan los beneficios esperados, particularmente en lo que se refiere a la reducción de fugas y la eliminación de las tomas no autorizadas.

El tema de la sectorización es particularmente importante, pues facilita la operación de la red de distribución, permitiendo un mayor control de los volúmenes de agua que entran y salen del sistema, y sobre todo, regulando la presión interna en la tubería, lo que deriva en una importante reducción de fugas.

El presente documento no pretende ser una referencia técnica obligada que compita o supla a las publicaciones de expertos en la materia. La intención es compartir una serie de conceptos de manera muy sencilla y clara, que además invite a la lectura, y que por supuesto sirva para comprender lo que implica la sectorización de una red de distribución de agua, para que los responsables de la prestación de los servicios identifiquen el proceso ordenado y prioricen las acciones correspondientes.

“Si no sabes a dónde vas, cualquier camino te lleva”

CONTENIDO 1

Introducción

2

Red de distribución

3

4

9 11

Configuración

11

Operación normal

14

Problemas comunes de operación

16

Sectorización

21

Factibilidad técnica y económica

22

Etapas de la sectorización

23

Definición de sectores y puntos de alimentación

25

Armonía con el sistema comercial

29

Reducción de pérdidas

30

Control de presiones

34

Experiencias y estudios de caso

53

Querétaro, Qro.

55

Ciudad de México, D.F.

75

Mérida, Yuc.

87

Monterrey, N.L.

93

Tijuana, B.C.

97

5

Conclusiones

105

6

Referencias

107

INTRODUCCIÓN

No es difícil entender que una empresa dedicada a la producción y venta de agua embotellada sea muy estricta en controlar el volumen de agua que compra y el que vende, mantiene contacto con sus principales distribuidores y lleva una contabilidad de su actividad, preocupándose especialmente de sus estados financieros. Dentro del subsector agua potable y saneamiento, la situación no es tan simple, pues el producto que se vende es el servicio más que el agua. Siendo el agua un elemento de “propiedad común”, lo que se ofrece realmente es la captación del agua, su conducción, purificación, y su entrega a domicilio. Este proceso se complica en la medida que se incrementa el volumen de clientes que lo demandan, porque además es una responsabilidad de las autoridades municipales y un derecho humano de los habitantes de una localidad. Con el crecimiento demográfico, y principalmente con la desordenada expansión de los asentamientos humanos, los organismos operadores de agua potable enfrentan numerosas complicaciones para incrementar la infraestructura y buscar nuevas fuentes de abastecimiento, olvidando casi por completo el mantener y reforzar la infraestructura actual. Ante esta situación, es imprescindible voltear la mirada hacia una mejor gestión del agua potable, priorizando aquellas acciones encaminadas al manejo de los consumos y el incremento en la eficiencia con la que se presta el servicio, reduciendo el volumen de agua perdida en fugas, verificando las tarifas y aumentando la base de facturación y real cobro. Actualmente, y con base en la experiencia de varios países que lo han logrado, algunos de los organismos operadores nacionales también han adoptado esta •9•

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nueva visión en el manejo del agua, y casi todos ellos coinciden en la sectorización como uno de los primeros pasos para facilitar el control gradual de la red de distribución, avanzando en forma ordenada y sólida.

En el primer capítulo de este trabajo se pretende mostrar en términos prácticos la función de la red de distribución, sus variantes de operación y los problemas típicos generados conforme se descuidan algunos detalles de diseño, funcionamiento y mantenimiento.

En el segundo capítulo se aborda de lleno el tema central, analizando la factibilidad de llevar a cabo la sectorización, la secuencia de las principales actividades y las bondades que representa trabajar con una serie de redes autónomas pero no independientes, midiendo y controlando los volúmenes de suministro y consumo, así como la ventaja de programar ciclos de facturación apoyándose en los sectores hidráulicos.

Dentro de este mismo apartado, se resaltan las actividades de reducción de pérdidas de agua con mejores resultados cuando se tiene el control sobre un sector hidráulico.

Finalmente, se comentan las experiencias de algunos organismos operadores que han logrado obtener resultados satisfactorios, partiendo de un convencimiento pleno de haber elegido el camino correcto y tal vez único, ante el panorama que nos plantea el desequilibrio ecológico por la sobre explotación de los acuíferos, por un lado, y la insostenibilidad financiera en la prestación de los servicios.

“En el problema del agua, no todo es financiamiento, tarifas y cultura de uso, algo tiene que ver la ingeniería” Antonio Capella Vizcaíno

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RED DE DISTRIBUCIÓN

Configuración La distribución de agua a la población se lleva a cabo con un sistema de tubería, generalmente enterrada, conformada por una red primaria, que puede ser cerrada, formando circuitos, o bien abierta o ramificada, cuyo objetivo principal es conducir el agua a todas las zonas de la localidad, y cuyos diámetros se diseñan para satisfacer la máxima demanda en la hora de mayor consumo. La red secundaria se alimenta de la primaria y se construye en todas y cada una de las calles a fin de llevar el agua hasta los usuarios, quienes se conectarán a esta red a través de las denominadas tomas domiciliarias. Figura 2.1 Sistema típico de abastecimiento de agua potable

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Este sistema de tubos denominado red de distribución, se diseña a partir de cálculos teóricos que generalmente parten de una serie de hipótesis y ecuaciones empíricas, lo que ocasiona que su funcionamiento real pueda ser diferente a las condiciones de partida. Es por ello que se hace necesaria la instalación de una serie de controles que permitan regular el flujo y manipular la presión interna, lo que se consigue con la operación de válvulas. Así, cuando el caudal o la presión del agua no son suficientes para realizar el reparto uniforme a toda la población, los encargados de esta tarea abren y cierran válvulas en forma “estratégica” para distribuir el líquido de la mejor manera.

Figura 2.2 Válvula de seccionamiento

La gran mayoría de las redes de nuestro país no logran distribuir uniformemente el agua y mucho menos mantener esta perfecta distribución, por la razón ya descrita, lo que da origen al término “tandeo”, que significa que se realizará el abasto a las viviendas a través de tandas; es decir, primero se suministran algunas zonas y después a otras. Este tandeo se traduce en que los usuarios pueden estar sin servicio varias horas al día en el mejor de los casos, o algunos días de la semana, lo que es común; una consecuencia adicional es las redes que “sufren” los tandeos, presentan un envejecimiento y deterioro prematuro. Figura 2.3 Válvula reguladora de presión

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En ocasiones, la red también presenta diversas configuraciones de acuerdo a la topografía de la localidad. Aparentemente, una ciudad plana ofrecería ventajas para la operación normal de una red, pero los puntos más alejados reciben menores caudales con bajas presiones. Algunos fabricantes de válvulas ofrecen modelos que mantienen la presión; otras soluciones abarcan la instalación de bombas que incrementan la carga de presión (tipo booster), o la operación de válvulas de seccionamiento en los puntos cercanos a la alimentación para mantener la presión y suministrar directamente a los puntos alejados.

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Seguramente las zonas montañosas o con fuertes pendientes, son las que exigen mayores controles para evitar las fuertes presiones y las altas velocidades. Generalmente, las redes primarias en estas condiciones son sectorizadas desde su diseño, en ocasiones con la construcción de cajas rompedoras de presión, que no son más que un recipiente que devuelve al fluido la presión atmosférica para posteriormente alimentar a otra parte de la red, aunque también existen en el mercado válvulas reguladoras de presión. Es sumamente importante resaltar que las redes en malas condiciones, muy comunes en nuestro país, requieren igual atención en lo relativo al control de las presiones, a pesar de tener una topografía plana u operar con bajas presiones.

En la literatura técnica se llega a encontrar como tipología de redes de distribución, la que divide a las redes que funcionan por acción de la fuerza de gravedad, gracias a la alimentación de un tanque, superficial o elevado, que se encuentra a una altura topográfica suficiente para el funcionamiento de la red; y las que son alimentadas por equipos de bombeo, a partir de tanques subterráneos, o directamente de las bombas que extraen el agua de pozos.

Figuras 2.4 y 2.5 Tanques de regulación elevados

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Operación normal El buen funcionamiento de una red de distribución se logra al abastecer de agua potable a todos los usuarios conectados, no sólo en cantidad y a una adecuada presión, sino también en continuidad. La existencia del tandeo suele justificarse por la falta de agua, aunque en la mayoría de los casos se debe a la manipulación del funcionamiento de la red, en principio por las deficiencias en el diseño del sistema, pero la realidad indica que la operación de válvulas y el establecimiento del servicio tandeado es para tratar de llevar el agua hasta las zonas más alejadas o más altas, en donde el agua no llegará nunca mientras ésta tenga el camino libre a las zonas bajas. A veces concientes y a veces no, los operadores abren y cierran válvulas para controlar la presión y reducir las fugas en lo posible, haciendo en forma artesanal la función de las válvulas reguladoras.

Evidentemente, mientras se disponga de más puntos de control, se podrá intervenir en su funcionamiento, pero al mismo tiempo se vuelve más compleja la combinación de aberturas y cierres en cada interconexión, quedando esta delicada tarea en manos de los operadores, quienes solo cuentan con su experiencia y sentimiento.

Es importante resaltar aquí que el proceso de cambio de un sistema de suministro a otro no es sencillo y debe pasar por una correcta planeación de actividades y una apropiada sectorización de la red, tema que se discutirá más adelante. No debe extrañar al lector el hecho de que países desarrollados mantengan bombeos directos a la red, dado que controlan perfectamente las variaciones en la demanda así como el comportamiento hidromecánico de los equipos de bombeo, ya sea con arreglos de varias unidades y el arranque o paro de motores en forma programada, con cambios automáticos en la velocidad de rotación a través de variadores de frecuencia, o bien con la instalación de válvulas de control de bomba. Esto permite manipular los gastos de entrega y las presiones en la red dentro de un cierto rango de operación.

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Figura 2.6 Configuración típica de válvulas de control de bomba Válvula solenoide

Controlador coordina la interacción de la bomba y la válvula

Válvula de control de bomba

Este esquema muestra en primer término un arreglo de dos unidades con bombas verticales, y en la parte inferior un sistema conformado por una sola bomba sumergible. Motores

Válvula de no retorno

Arrancadores

Sistema de dos unidades

Sistema con una unidad

Punto de conexión de la válvula solenoide

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Problemas comunes de operación Existen un sinnúmero de dificultades que enfrentan los que operan una red de distribución, las que dependen en gran medida de las características del sistema, el estado de la infraestructura, las condiciones topográficas, etc. Sin embargo, pueden citarse los problemas más frecuentes que pueden detectarse en un sistema común.

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El diseño de la red de distribución lo hace el ingeniero proyectista con base en su experiencia, sin contar con las recomendaciones que son importantes para los responsables de la operación del sistema. La construcción de la red suele ir acompañada de modificaciones al diseño original sin la emisión de planos de obra terminada, ocasionando con esto la dificultad de actuar sobre la infraestructura existente al no coincidir con la información plasmada en el proyecto. En el mejor de los casos, la red de distribución puede tener el comportamiento esperado y funcionar bien, pero el paso del tiempo provoca el incremento de la rugosidad en las conducciones y el envejecimiento de los materiales, acompañado del deterioro natural y primeros fallos en los accesorios y equipos que constituyen el sistema. Ante esto, los operadores inician el desarrollo de sus aptitudes “artesanales” para controlar el suministro con cierto nivel de calidad. Crecimiento anárquico de la red, construyendo ampliaciones que no responden a una simulación hidráulica previa y que generalmente no satisface la demanda de la manera más eficiente, en detrimento de los nuevos usuarios, y afectando el flujo y las presiones de la red. Falta de mantenimiento que acelera el deterioro de la infraestructura, ocasionando el incremento de fugas. En el caso de los equipos de bombeo, no sólo se reduce la eficiencia en su operación incrementándose los consumos de energía eléctrica, también presentan fallas continuas y deficiencias que demeritan la calidad del servicio.

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Cuando el bombeo es directo a la red, las condiciones de operación cambian en el transcurso del día al variar la demanda, lo que provoca que las bombas salgan de la zona eficiente de operación para las que fueron seleccionadas, trabajando con presiones y gastos muy variables, lo que se traduce en la presencia de fenómenos transitorios y sometiendo a la tubería a fluctuaciones importantes de esfuerzos.

En general, los problemas de operación se recrudecen cuando no existe información fidedigna sobre la infraestructura y su funcionamiento, particularmente sobre los registros de mediciones de caudal y presión en los puntos de alimentación y en algunos puntos estratégicos, la medición de los consumos de los usuarios en las tomas domiciliarias, o cuando menos la injerencia de datos a partir de algunos muestreos; tampoco existe una cultura de elaboración de bases de datos sobre las fallas de tubería, el registro de reparaciones, el control programado de mantenimiento, el historial de “vida” de los equipos de bombeo, etc.

Cuando se aborda el tema de la sectorización, motivo de este trabajo, quizás el problema principal es la baja eficiencia física de las redes de distribución, entendida como el cociente que resulta de la relación entre el volumen de agua producido y el que finalmente llega a los usuarios. Los estudios de evaluación de pérdidas de agua1 elaborados a la fecha en diversas ciudades del país, indican que en los sistemas de abastecimiento de agua potable, las pérdidas físicas son de aproximadamente el 40%; y de éstas, las dos terceras partes se pierden en las tomas domiciliarias (68% del volumen de agua perdida).

Estudios de Evaluación de pérdidas elaborados por la Comisión Nacional del Agua (CNA) y el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), 1994, México.

1

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Figura 2.7 Proporción del volumen de agua perdida y del número de fugas en tomas domiciliarias, respecto al total de fugas promedio en las redes de distribución en México. Red de distribución

Red de distribución

32%

27%

Tomas domiciliarias

Tomas domiciliarias

73% 68% Volumen promedio de fugas en un sistema de agua potable

Ocurrencia de fugas en un sistema de agua potable

Como resultado de lo anterior, se ha publicado una norma oficial mexicana de carácter obligatorio, que busca minimizar las pérdidas de agua potable en este elemento. La norma se identifica como la NOM-002-CNA-1995; en la que se establecen las especificaciones y métodos de prueba que debe cumplir la toma domiciliaria para el abastecimiento de agua potable, con el fin de preservar el recurso hidráulico, y puede consultarse a través de la Gerencia de Normas Técnicas de la CONAGUA (www.cna.gob.mx). Uno de los problemas más graves detectados en los sistemas de distribución de agua se vincula con los incrementos de presión interna en la tubería debido a la caída del consumo durante varias horas de la madrugada. En la figura 2.8 se muestran las variaciones en la demanda a través del día y el consecuente incremento de la presión en la red, tomados de un estudio elaborado en el sector Santa Lucía 1, en el poniente de la Ciudad de México, D.F.2 Evidentemente, los trabajos iniciaron con la creación de un circuito controlado, en el que se realizó una campaña de mediciones del gasto de entrada y tomas de presión; los detalles se reportan en el último apartado, al presentar los casos de éxito seleccionados.

Capella Vizcaíno, A. Control de presiones y reducción de fugas en el sector Sta. Lucía 1, D.F. Informe de los resultados alcanzados, junio 2002, México.

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Este aumento en la presión multiplica el número y el volumen de las fugas; dado que el consumo real de los usuarios entre las 0:00 y las 5:00 horas del día es mínimo o nulo, los gastos medidos representan entonces el agua destinada al llenado de cisternas y tinacos, a usuarios industriales, y sobre todo a la pérdida a través de las fugas. Para que esto sea evidente, es necesario llevar a cabo esta práctica de mediciones en un determinado sector aislado de la red de distribución, a fin de garantizar que no existan derivaciones de caudal hacia otras zonas.

Detectada la situación y el nivel de sobre-presiones existente, la tarea se convierte en controlar, generalmente con válvulas reguladoras de presión, y reducir el volumen de fugas. En la figura 2.9 se muestran los resultados obtenidos en el trabajo de referencia, derivado del control de presiones en el sector, con la instalación de válvulas reguladoras de presión, logrando mantener una presión máxima nocturna del orden de los 40 mca (3,52 bar), en lugar de los 89 mca (7,84 bar), y reduciendo el caudal nocturno, de 58 a 21 L/s.

“Los humanos y las redes (de agua potable) tenemos algo en común: … a partir de cierta edad, sufrimos de hipertensión” Antonio Capella Vizcaíno

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SECTORIZACIÓN

Curiosamente, la palabra sectorización no es reconocida por la Real Academia de la Lengua Española y no existe en el diccionario; la palabra sector está definida como a una parte de una ciudad, o como subdivisión de una red. Dentro del subsector de agua potable, el término sectorización es conocido como la formación de zonas de suministro autónomas, mas no independientes, dentro de una red de distribución; en palabras simples, es la partición de la red en muchas pequeñas redes, con el fin de facilitar su operación. De este modo, será mucho más sencillo controlar los caudales de entrada en cada sector, las presiones internas de la tubería, la demanda y el consumo, así como las pérdidas de agua, tanto en fugas como en usos no autorizados. Aun más, puede conducirse el agua por la red primaria, sin exceso de conexiones con la secundaria, desde la fuente de alimentación hasta los puntos más lejanos, generalmente sacrificados en la distribución del agua.

distrito hidrométrico = sector hidrométrico = sector Es una sección de la red de distribución de agua potable, perfectamente delimitada por medio de válvulas de seccionamiento, adecuadamente instrumentada para aforar el caudal de entrada, para medir y controlar la presión de operación, a fin de brindar la misma calidad del servicio de suministro a la totalidad de los usuarios contenidos en esta red.

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Ante tales ventajas, cualquier organismo operador desearía llevar a cabo la sectorización; no obstante, se requiere una serie de condiciones que permitan realizarla con cierto nivel de confiabilidad y obtener los resultados esperados. Debe contarse con la información completa del sistema de distribución (catastro*), y la forma de operación real, a fin de estar en posibilidades de utilizar un software o modelo numérico que permita simular el funcionamiento hidráulico del sistema, mismo que deberá verificarse a través de algunas mediciones estratégicas, y realizar así una calibración del modelo.

Son comunes los casos en que los operadores creen conocer “su red” a la perfección. Las decisiones de abrir y cerrar válvulas son totalmente empíricas, y distribuyen el agua a la localidad en forma ineficiente. La calibración de un modelo numérico permite contar con una red virtual idéntica a la real, en cuyos tubos podemos medir gastos y presiones que indiquen el comportamiento real del sistema. Cualquier cambio que se haga en el modelo permitirá conocer los efectos que produce, tomando entonces las decisiones pertinentes con la seguridad de que el funcionamiento real será el mismo que el obtenido a través de la computadora.

Al contar con un modelo confiable, debidamente calibrado, se podrá “jugar” con varias formas de operación, y sobre todo, la red puede dividirse en varios sectores mediante la conformación de los llamados “distritos hidrométricos”, que no es más que el establecimiento de sectores a fin de controlar y mantener presiones adecuadas, y realizar la auditoria del agua por zonas; es decir, conocer lo que sucede con el agua.

Factibilidad técnica y económica La necesidad de llevar a cabo la sectorización de la red de distribución se hace mayor mientras ésta sea más grande, y por consecuencia su operación se vuelve más compleja. De este modo, destacan dos características principales de las grandes redes: * Generalmente, el catastro no se incluye en las acciones de sectorización, pero es indispensable contar con esta información. Algunos operadores no consideran la importancia que tiene el catastro, y éstos tienen razón si sólo se hace para guardar los planos. Cabe destacar que no se requiere tener la información de la totalidad de la red, pero sí deberá ser una acción que vaya por delante al proceso de sectorización. • 22 •

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funcionan con diversos niveles de presión, a lo largo de la red y en el transcurso del día, y están formadas por una exagerada cantidad de circuitos cerrados, lo que en el medio se conoce como “fuertemente mallada”.

De este modo, se hace necesaria una evaluación de la conveniencia de llevar a cabo la sectorización, pues debe garantizarse, cuando menos, que el servicio se mantenga en el mismo nivel de calidad. Aunque parezca absurda la aseveración anterior, no es muy remota la idea de provocar cambios bruscos en la operación de la red en perjuicio de los usuarios, pues el proceso es lento y los resultados no son inmediatos. Por ello cobra importancia la confiabilidad de la información y la actualidad del catastro, así como la simulación del funcionamiento del sistema con un modelo calibrado.

Por otra parte, resulta indispensable el análisis de factibilidad económica a corto y mediano plazo, en donde se evalúe la rentabilidad de los diversos esquemas de sectorización planteados.

Los costos asociados a estas acciones, adicionales a los relacionados con la actualización del catastro y la modelación de un simulador hidráulico, incluyen la instalación de válvulas de seccionamiento y de control de la presión; y los cortes requeridos para independizar circuitos, así como la obra civil derivada de la instalación de nuevas líneas de interconexión, rehabilitación de tubería existente, nuevos tanques de almacenamiento, etc.

Etapas de la sectorización El proceso de esta acción es largo y absorbe una importante cantidad de recursos humanos y económicos, por lo que debe partir de una planeación muy bien definida y sobre todo comprometida por parte de los responsables de la prestación

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SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

del servicio de agua potable a una localidad, más aun si se considera que los resultados no se obtienen en el corto plazo y tampoco ofrece las bondades que representan las obras visibles que ganan popularidad entre la comunidad. Por ello, cobra gran importancia mantener informada a la ciudadanía sobre la necesidad de llevar a cabo estas acciones.

No está por demás el acercamiento a los organismos que de alguna manera ya han vivido la experiencia de este proceso con éxito, por lo que en el siguiente apartado se abordarán algunos casos destacados en la materia y cuyos resultados han dejado suficiente evidencia de su progreso.

En seguida se resumen las etapas que deben seguirse durante la sectorización:

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1.

Catastro del sistema de distribución de agua potable.

2.

Anteproyecto del sistema, definiendo puntos de alimentación y posibles interconexiones controladas para protección de eventualidades.

3.

Diseño e implementación de un sector piloto, incluyendo las válvulas de seccionamiento necesarias, los mecanismos para el control de las presiones, la medición de gastos de alimentación, así como la variación diaria de la demanda, ya sea que ésta sea supuesta o inferida por algunas mediciones.

4.

Calibración de un modelo de simulación hidráulica con base a las mediciones del punto anterior.

5.

Ajustar el proyecto piloto a partir de la modelación, controlando las presiones, midiendo los gastos, y evaluando la relación entre presión y fugas:

6.

Ampliación de la experiencia piloto a dos o tres sectores más.

7.

Con los resultados obtenidos, puede evaluarse el proyecto integral de sectorización, con una muy buena aproximación sobre los costos y los beneficios que pueden esperarse, así como los tiempos necesarios.

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Definición de sectores y puntos de alimentación El sector está definido como una red de distribución más pequeña, perfectamente limitada y homogénea en su operación, de tal forma que facilite el control de su funcionamiento. Los criterios a seguir para llevar a cabo la división en sectores parten de la infraestructura existente y de las diferentes zonas de presión en operación normal antes de iniciado el proceso, lo que significa una primera propuesta de sectorización; las adecuaciones a ésta, pueden realizarse con la ayuda de las siguientes recomendaciones generales3:

•

•

•

•

Generalmente se puede considerar de 1 a 5 sectores por cada 100 hectáreas (1 km2); en zonas con alta densidad de población, los sectores pueden ser de 10 a 15 hectáreas. Algunos expertos dimensionan los sectores en función del número de usuarios o de tomas. Cualquiera de las recomendaciones que haya sido seleccionada para definir el tamaño de los sectores, deberá ajustarse a la geometría de la red, sobre todo a la adaptación de las condiciones de operación actuales y la facilidad de contar con un punto de suministro, aunque siempre será prudente contar con una alimentación de respaldo, aunque ésta se mantenga cerrada y sólo se utilice en contingencias.

Minimizar las variaciones de presión de servicio al interior del sector; esto es, mantener una cierta uniformidad de presiones entre los 15 y 50 mca (1,32 y 4,40 bar), correspondientes a la dinámica mínima y estática máxima, respectivamente. Siempre será conveniente verificar las velocidades del agua, las que podrán estar comprendidas entre 0,6 y 2,0 m/s.

Ochoa A., Leonel; Bourguett O., Víctor. Reducción integral de pérdidas de agua potable. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. México, 2001.

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SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Si bien es cierto que no resulta tan sencillo seguir todas estas sugerencias, las dificultades encontradas siempre podrán solventarse. Algunos de los problemas más comunes se refieren a la delimitación de los sectores, la caída de la presión en algunos puntos, la presencia de altas velocidades y la elevación de la presión durante las horas de menor consumo. Generalmente, este tipo de inconvenientes se reducen al considerar dos puntos de alimentación o al incluir la instalación de dispositivos reductores de presión, aunque en varias ocasiones será necesaria la construcción de líneas de interconexión adicionales.

Actualmente, la sugerencia se basa en la separación de la red primaria y la secundaria, de modo que no decaiga la presión interna de la conducción principal. De este modo, se ha dado paso a la construcción de redes en bloques que poco a poco van sustituyendo las redes secundarias convencionales, tal y como se ilustra en las figuras 3.1 y 3.2.

La recomendación reiterativa, la más importante, se refiere a la alimentación del sector, misma que deberá contar con medición del caudal; sin embargo, también es muy recomendable contar con un tanque que regule los consumos y suministre el agua a la red con una presión relativamente constante.

El bombeo directo a la red provoca una variación adicional en las presiones de abastecimiento derivado del arranque y paro de los equipos, ya sean controlados o por fallas de energía eléctrica, así como a la propia naturaleza de operación de una bomba, de acuerdo a la rigurosa relación entre el gasto bombeado y la presión en la descarga, tal y como se muestra en la figura 3.3, donde se ilustra una curva característica tipo de una bomba común.

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SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.1 Ejemplo de un sector con un punto de alimentación y red secundaria convencional.

Tanque de regulación Medidor

Figura 3.2 Ejemplo de un sector con un punto de alimentación y red secundaria en subsectores o bloques.

Tanque de regulación Medidor

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SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.3 Comportamiento típico de una bomba: al disminuir el caudal bombeado se incrementa la presión del flujo en la descarga, además de disminuir notablemente la eficiencia de operación.

Presión de descarga ( mca )

40 35 30 25 20

Punto de operación óptimo

15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

70

50

60

70

Caudal ( L/s )

70

Eficiencia ( % )

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

Caudal ( L/s )

Probado y elegido el esquema de sectorización, se procede entonces a la selección de los elementos de control, que representan los medios para operar el funcionamiento del sistema, para aislar alguna zona de la red, reducir o mantener la presión del agua, permitir el flujo entre sectores, etc.

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SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Algunas recomendaciones complementarias que buscan contar con un sistema de distribución confiable, son las siguientes:

•

•

Mantener interconexiones entre sectores y entre fuentes de suministro, con válvulas cerradas, de modo que puedan derivarse caudales en casos extraordinarios. Verificar la capacidad de conducción de las líneas principales, considerando las situaciones de emergencia en las que deban alimentar a otros sectores. De ser necesario, incrementar el diámetro de esta tubería.

Finalmente, la selección del esquema de sectorización idóneo será aquél que mejor se adapte a las necesidades propias de cada sistema de distribución, pero ante todo, evaluar el costo en la construcción de nuevas líneas de conducción y tanques de regulación, cortes, instalación de válvulas, etc. El mejor esquema será el que ofrezca un adecuado y confiable funcionamiento hidráulico al menor costo posible.

Armonía con el sistema comercial Los beneficios que ofrecen la sectorización se extienden al área comercial, pues de la misma forma que se generan sectores autónomos, también se crean zonas de consumos que, a través de la medición o estimación en la tomas de los usuarios, se establecen las demandas domésticas, comerciales e industriales, realizando así un balance que apoye los aspectos técnicos para la derivación de caudales a las diferentes zonas de demanda. De este modo, se puede llevar a cabo una sectorización comercial, en armonía con los distritos hidrométricos o sectores, a partir de la facturación de los consumos por ciclos, facilitando el control de los usuarios y el pago de los servicios.

• 29 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Reducción de pérdidas Cuando se usa la frase “pérdidas de agua”, generalmente se piensa en las fugas por tubos rotos o válvulas que no sellan, el derrame de tanques, etc. Lo cierto es que la frase incluye el agua que no se contabiliza, que no se conoce su destino final. También es cierto que algunas veces se confunde con el agua que no se cobra, pero el agua perdida no abarca a este volumen, pues puede estar medida y saber el usuario que la consume (el consumidor puede estar exento de pago), y no por ello es agua perdida.

ANC

=

volumen producido − volumen facturado volumen producido

De esta forma, puede separarse el agua perdida en fugas, en tomas no autorizadas o clandestinas, y en volumen de agua que no se contabiliza por estimaciones erróneas (cuando no se mide) o por falta de precisión en los medidores de caudal.

Figura 3.4 Distribución típica del volumen producido en un sistema de abastecimiento de agua potable. Volumen cobrado

Volumen no facturado

Volumen facturado

fugas

Volumen no cobrado deficiencias del padrón de usuarios subsidios clandestinaje

Cualquiera que sea el origen del agua perdida, ésta podrá reducirse notablemente en la medida en que se lleve a cabo el control de presiones sobre una óptima sectorización, pues de ésta se derivará el balance hidráulico y la detección de las zonas con mayores problemas de pérdidas. • 30 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

La detección de pérdidas parte del aislamiento de un sector y la medición de los volúmenes de entrada y de consumo durante un período que no debe ser menor de 24 horas. Un ejemplo de esta información es la Figura 2.8, en la que se registran los caudales cada 15 minutos durante 24 horas. De esta información se desprenden una serie de parámetros que se definen de la siguiente manera:

CT

Consumo total en el período, en m3.

CHP

Consumo horario promedio, en m3/h ó L/s.

CHM

Consumo horario máximo, que se refiere al máximo valor del consumo durante una hora, en m3/h o su equivalente en L/s.

CMN

Consumo mínimo nocturno, que se refiere al mínimo valor del consumo durante una hora, en el intervalo de las 0:00 a las 5:00 horas, en m3/h o su equivalente en L/s.

Figura 3.5 Curva de consumos medidos en un sector, con un lapso de 24 horas. 3.0

2.5

2.0 CHP = 1.72 L/s

1.5

1.0 CMN = 1.02 L/s

0.5

Consumo Total (CT) = 148.60 m3 11:00

08:30

06:00

03:30

01:00

22:30

20:00

17:30

15:00

0.0 12:30

Caudal de consumo ( L/s )

CHM = 2.67 L/s

Registro de 24 horas

• 31 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

El cociente de CHM entre CMN nos da una primera idea del estado en que se encuentra el sector analizado. Valores altos de este cociente (del orden de 6 a 8), indican un buen mantenimiento o un bajo nivel de fugas. No debe perderse de vista que un porcentaje aceptable de fugas en toda la red puede no necesariamente serlo en un sector controlado, donde se requiere una mayor exigencia en los resultados.

De los consumos anteriores, se calculan:

ICHM

Índice de consumo horario máximo.

ICHM =

ICMN

Índice de consumo mínimo nocturno.

ICMN =

CEP

CHM CHP

CMN CHP

Consumo específico promedio.

CEP =

CHP 3,6 L

donde L es la longitud de tubería en el sector

De esta forma, con los datos utilizados para la construcción de la gráfica, a manera de ejemplo, y el cálculo de los parámetros anteriores, se obtienen los valores siguientes: ICHM = 1.55 ICMN = 0.59 CEP = 0.08 L/s /Km suponiendo una longitud de 6 Km

La relación entre CEP y el consumo promedio por habitante, indica la densidad de tomas domiciliarias en el sector, incluso el nivel socioeconómico de los usuarios. • 32 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

En sectores de la red de distribución que sólo cuenten con consumos domésticos, el valor del ICMN mostrará la magnitud de las fugas en la red. Cuando este índice es menor a 0,20 , se cuenta con un sector con bajos niveles de fugas; conforme el valor de ICMN se incremente, debe esperarse niveles de fugas mayores.

Si dentro del sector se tienen grandes consumidores (industriales o comerciales), el tratamiento de estos parámetros requieren un mayor análisis, mismo que se puede consultar en la referencia 3.

El análisis anterior es muy útil para orientar a los operadores de los sistemas de suministro de agua potable sobre el estado general que presenta su infraestructura, así como la detección de las zonas o sectores más dañados y que requieren atención urgente. Sin embargo, un programa de recuperación de caudales debe realizarse en forma planeada, sistemática y consistente con la relación entre el costo y los beneficios obtenidos.

No deberá sorprender a los ejecutores la obtención de resultados satisfactorios hasta después de varios años. Es imprescindible, sobre todo en grandes redes de distribución, la planeación de acciones encaminadas a la recuperación de pérdidas de agua.

Existen casos en los que, después de muchos esfuerzos físicos y financieros en la reparación de fugas, rehabilitación de tubería y reducción de consumos, derivado de la instalación de medidores domiciliarios, los resultados no reflejan mejora evidente, ni en el servicio ni en una reducción del volumen suministrado; es común que el agua recuperada en un punto de la red se pierde en otro cuando no se tiene garantizado el aislamiento del sector. Los ahorros en el consumo de los usuarios no se reflejan en el suministro en el corto plazo y el organismo operador mantiene el caudal de suministro, lo que provoca un incremento en la presión y, por tanto, un aumento del gasto de fugas.

• 33 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Control de presiones En efecto, las experiencias documentadas de diversos países∗ relacionan la presión con el gasto de fuga, y después de la experimentación en redes de distribución, reportan sus resultados, los que una vez analizados se ajustan a una función de la forma:

Qfuga = C Hx donde: H C

x

presión en la tubería. coeficiente que resulta del ajuste de los datos obtenidos experimentalmente y que depende del tamaño del orificio o rotura de la fuga y del material de la tubería. exponente de ajuste.

Los valores de x varían entre 0,5 (descarga libre de un orificio) hasta 2,5. Inglaterra y Japón realizaron pruebas en laboratorio y en sectores aislados de redes en operación, obteniendo un valor medio de x = 1,15, valor que ha sido validado en México por ser congruente con los obtenidos en redes de Hermosillo, Sonora, y la Ciudad de México4.

La literatura técnica especializada recomienda el control de presiones como un mecanismo eficaz y barato de reducción de fugas inicial en los programas de recuperación de caudales. El Instituto de Ingeniería de la UNAM5 se dio a la tarea de realizar un ejercicio que permitiera “jugar” con una red de distribución y analizar las consecuencias de las acciones que un organismo podría emprender con la intención de disminuir sus fugas. Su principal objetivo es presentar esta simulación de una manera un tanto didáctica. ∗ Inglaterra, Japón, Brasil, Malasia, Nueva Zelanda y Australia.

Instituto de Ingeniería, UNAM. Estudio de la problemática de las acciones de reducción de fugas en las redes de agua potable y propuesta para mejorar su eficiencia. Convenio de Colaboración CNA-SGIHU-GEP-001/2006, Proyecto 5125. México, 2005. 4

5

Íbidem.

• 34 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Académicos e investigadores de la UNAM simularon una red bajo varias condiciones, mostrando con ello los efectos de:

ƒ las reparaciones, ƒ la sectorización, ƒ el control de las presiones, a través de la instalación de válvulas reguladoras de presión, y

ƒ la disminución de consumos derivado de los efectos que produce un incremento en las tarifas, la micromedición o la concientización de los propios usuarios.

Las fugas han sido simuladas y cuantificadas en los nudos como un caudal adicional al consumo. En la ecuación que evalúa el gasto de fuga antes citada, se tomó el valor medio de x=1,15 y se consideró, sólo para este ejercicio, un valor de C=0,020 , valor que se obtuvo experimentalmente y que mejor se ajusta a una red de distribución en malas condiciones, las que generalmente existen en México.

Conviene insistir en que el uso de esta expresión tiene mayor significado y valor para la investigación; su uso en redes reales sólo aportará beneficios si previamente se ha estudiado, medido y calibrado sobre la infraestructura existente, y solo entonces se podrá ajustar su comportamiento, obteniendo los valores más propios de C y x.

• 35 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

En esta red hay 200 nudos, los diámetros de los tubos se señalan en la figura y todas las longitudes entre nudos es de 100 m. El tanque que alimenta está a una elevación de 60 m y el resto de la red está a la elevación 0. Figura 3.6 Esquema de la red utilizada para la simulación. tubería con D = 400 mm tubería con D = 300 mm tubería con D = 200 mm tubería con D = 100 mm

60 m

planta

Se supuso un consumo en cada nudo de 1 L/s, es decir 200 L/s en total y se simula que las fugas en la red pueden considerarse como extracciones adicionales en cada nudo con una relación:

Qfugas = 0,020 H1,15

• 36 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

La simulación hidráulica6 para evaluar su funcionamiento normal, arroja los resultados que se muestran en las figuras siguientes.

Figura 3.7 Presiones en los nudos durante la operación normal de la red.

Figura 3.8 Caudales (consumo + fugas), en los nudos durante la operación normal de la red.

1,00 + 1,23 2,23

6 EPANET, Version 2.0 Build 2.00.08, Water Supply and Water Resources Division, National Risk Management Research Laboratory; U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio.

• 37 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Caben destacar los resultados principales de este ejercicio numérico: Consumo Fugas

= 200,00 L/s = 244,43 L/s

Suministro = 444,43 L/s Nivel de fugas = 55 %

Ante la magnitud de las fugas en la red, se opta entonces a sectorizarla como se indica en la figura 3.9.

Figura 3.9 Sectorización propuesta de la red de distribución. Línea principal de distribución

1

7

2

6

3

5

Figura 3.10 Presiones en los nudos durante la operación de la red sectorizada.

• 38 •

4

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.11 Caudales en los nudos durante la operación de la red sectorizada.

Al observar ahora los resultados de esta simulación: Consumo Fugas

= 200,00 L/s = 214,42 L/s

Suministro = 414,42 L/s Nivel de fugas = 52 %

Se deduce la obtención de una mejoría en el nivel de fugas, y sobre todo, es posible disminuir el caudal de suministro, aunque esta reducción sea un tanto pequeña.

En virtud de los resultados, no tan buenos, se procede a realizar las reparaciones de la red a fin de eliminar las fugas. Aunque es bien sabido por todos que las pérdidas físicas no podrán ser llevadas a cero (no existe aun la perfección en la eficiencia física), en este ejercicio numérico serán eliminadas al considerar un valor del coeficiente C = 0; esto es sólo con fines de comparación entre las acciones que se pretenden representar.

La secuencia de reparaciones iniciará por la línea principal de distribución (LPD), y se continuará en los sectores con el mismo orden con el que fueron numerados. De este modo, se obtienen resultados después de cada etapa de reparación, mostrando en la figura 3.12 la situación de la red sectorizada y reparada en la LPD y los tres primeros sectores.

• 39 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.12 Caudales en los nudos durante la operación de la red sectorizada, reparada la LPD y los tres primeros sectores .

Los resultados de esta simulación indican que: Consumo Fugas

= 200,00 L/s = 136,86 L/s

Suministro = 336,86 L/s Nivel de fugas = 41 %

Al realizar simulaciones numéricas en cada uno de los procesos de reparación; es decir, cada que se repara un sector, se obtiene una evolución en la red recuperación de pérdidas físicas tal como la indicada en la figura siguiente.

Figura 3.13 Evolución de la reparación en la red sectorizada. Caudal suministrado (L/s)

450 400 350

Reparado el S3

300 250

Reparada la LPD

200 150 0

10

20

30

40

50

60

70

Avance en la reparación de la red ( % )

• 40 •

80

90

100

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Si la reparación completa de la red se realizara a lo largo de 50 años, es decir un 2% anual, lo que sería un programa intenso de reparaciones, reducir las fugas del 52% al 42%, se lograría en aproximadamente 20 años, lo que puede apreciarse en la figura 3.14.

Figura 3.14 Evolución en el tiempo de la reparación de la red sectorizada. 60

Fugas ( % )

50

Reducción del 10%

40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Avance en la reparación de la red ( años ) Ante este panorama, se hace nuevamente énfasis en la importancia de controlar la presión en la red, por ser la variable que más incide en la magnitud de la fugas. Se propone, antes de cualquier reparación de la red, la instalación de válvulas reguladoras de presión (VRP) en la entrada de cada uno de los sectores. Figura 3.15 Instalación de 7 válvulas reguladoras de presión en la red sectorizada.

• 41 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Se realiza la simulación hidráulica calibrando las VRP a una presión de salida de 15 mca, obteniendo los siguientes resultados.

Figura 3.16 Presiones en los nudos después de instalar las VPR y controlar la presión de entrada a cada sector a 15 mca.

Figura 3.17 Caudales en los nudos después de instalar las VPR y controlar la presión de entrada a cada sector a 15 mca.

• 42 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Los resultados de esta simulación indican que: Consumo Fugas

= 200,00 L/s = 102,74 L/s

Suministro = 302,74 L/s Nivel de fugas = 34 %

Las reflexiones que pueden compartirse en este momento sugieren que, aun antes de cualquier reparación sobre la red, la decisión de sectorizar y controlar las presiones ofrece excelentes resultados (reducción de fugas del 52% al 34%).

Si además, se repara la línea principal de distribución, que mantiene altas presiones dado que las requiere para llevar el flujo a todos los sectores de la red, se obtendrá la siguiente simulación. Como ya se dijo, el efecto de reparar significa un valor del coeficiente C = 0, lo que también se ha comentado como utópico y sólo se plantea como ejercicio numérico para fines de comparación.

Figura 3.18 Caudales en los nudos después de instalar las VPR (presión de entrada a cada sector de 15 mca), y reparada la línea principal de distribución.

Los resultados de esta simulación indican que: Consumo Fugas

= 200,00 L/s = 73,63 L/s

Suministro = 273,63 L/s Nivel de fugas = 27 %

• 43 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Los números obtenidos indican la bondad de las acciones de control de presiones en las redes de distribución. Destaca el nivel de fugas del 27% alcanzado gracias a la sectorización, el control de presiones y la reparación exclusivamente de la LPD. Para continuar con el ejercicio numérico, conviene analizar lo que sucede si se prosigue con las reparaciones al resto de la red. De este modo, se obtiene la gráfica que muestra la evolución de la reducción de pérdidas en la red sectorizada y controlada, y se compara con la obtenida sin el control de las presiones.

Figura 3.19 Comparación entre la evolución de la reparación en la red sectorizada, sin control de presiones y la red controlada con VRP. Caudal suministrado (L/s)

450 400

Red sin control de presiones

350 300 250 200

Red con presiones controladas

150 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Avance en la reparación de la red ( % )

Figura 3.20 Comparación entre la recuperación de fugas en la red sectorizada, sin control de presiones y la red controlada con VRP. 60

Fugas ( % )

50

Red sin control de presiones

40 30 20 10

Red con presiones controladas

0 0

10

20

30

40

50

60

70

Avance en la reparación de la red ( % )

• 44 •

80

90

100

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Evidentemente, ambas curvas coinciden en el punto final; es decir, ambas obtendrán finalmente un suministro de 200 L/s y una reducción de fugas al 0%; lo realmente importante es la diferencia en el tiempo y las inversiones necesarias para lograr avances en sus acciones de mejoramiento de eficiencia. Es igualmente oportuno destacar el abandono de los programas de reducción de fugas cuando no se destacan resultados satisfactorios en los primeros años.

Reducción de consumos Por otra parte, se ha promovido un incremento o una actualización de tarifas como medida principal del ahorro de agua; para ello se requiere la instalación de medidores de caudal domiciliarios y una eficiente labor de facturación y cobranza. Otra medida adoptada, igualmente válida y conveniente, es el establecimiento de campañas de concientización de los usuarios a fin de hacer un uso racional del agua y reducir sus consumos. Sin duda alguna debe buscarse el ahorro del agua potable; es claro que las tarifas deben corresponder al costo del agua y a la prestación del servicio; es lógico luchar a favor de un uso racional del recurso; sin embargo, conviene analizar lo que sucede en la red y en el gasto de abastecimiento en el caso de lograr realmente una reducción en los consumos de los usuarios. Se supone ahora un consumo por nudo de 0,80 L/s, lo que significa que el caudal por suministrar es de 160 L/s (200 nudos), más el gasto de las fugas conforme a la expresión, ya utilizada, en función de la presión.

Q suministro = ( 0,80 + 0,020 H1,15 ) 200 Q suministro = 160 + 40 H1,15 Se realiza la simulación hidráulica en la red sectorizada, sin control de presiones y se muestran los resultados en seguida.

• 45 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.21 Presiones en la red si el consumo por nudo es de 0,80 L/s.

Figura 3.22 Caudales en los nudos de la red si el consumo es de 0,80 L/s.

Los resultados de esta simulación indican que: Consumo Fugas

• 46 •

= 160,00 L/s = 233,78 L/s

Suministro = 393,78 L/s Nivel de fugas = 59 %

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Comparado con el suministro de la red sectorizada, sin válvulas, sin reparaciones y con un consumo por nudo de 1 L/s (414,42 L/s), podría pensarse que se ha “logrado” una reducción del 5% (393,78 L/s), y que esto podría representar un ahorro económico en la explotación del agua; sin embargo, las fugas representan un 7% más que en el primer caso.

Los resultados aquí mostrados no sugieren de manera alguna que sea equivocada la idea de actualizar tarifas, incrementar la micromedición o lograr el ahorro del agua por parte de los usuarios. Lo que se pretende mostrar, es que estas decisiones deben estar acompañadas por las acciones adecuadas sobre la infraestructura hidráulica, de lo contrario, sólo serán buenas intenciones e inversiones mal enfocadas.

Si en la red del ejercicio anterior se instalan válvulas reguladoras de presión en la entrada de cada sector y se calibran a 15 mca, se obtienen los siguientes resultados. Figura 3.23 Presiones en la red si el consumo por nudo es de 0,80 L/s, y se instalan VRP en la entrada de cada sector.

• 47 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.24 Caudales en los nudos cuando el consumo es de 0,80 L/s, y se instalan VRP en la entrada de cada sector.

Los resultados de esta simulación indican que: Consumo Fugas

= 160,00 L/s = 109,83 L/s

Suministro = 269,83 L/s Nivel de fugas = 41 %

Tal y como ya se hizo antes, se sugiere entonces reparar la línea principal de distribución, ya que ésta mantiene presiones elevadas. El resultado de ello se refleja en la siguiente figura.

Figura 3.25 Caudales en los nudos cuando el consumo es de 0,80 L/s, se instalan VRP en la entrada de cada sector, y se repara la LPD.

Los resultados de esta simulación indican que: • 48 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Consumo Fugas

= 160,00 L/s = 79,06 L/s

Suministro = 239,06 L/s Nivel de fugas = 33 %

Finalmente, conviene dar un repaso a los efectos que producen las diversas acciones que se experimentaron en este ejemplo, cuyo único objeto es el de resaltar la conveniencia y casi necesidad de controlar las presiones dentro del proceso de sectorización de una red de distribución. Se ofrece pues al lector una tabla que permita examinar el ejercicio planteado.

Resultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 1 L/s SECTORIZADA convencional

Consumo

convencional

Reparada LPD

con VRP

VRP y reparada LPD

(L/s)

200

200,00

200,00

200,00

200,00

(L/s)

244,43

214,42

198,12

102,74

73,63

(%)

55

52

50

34

27

(L/s)

444,43

414,42

398,12

302,74

273,63

Fugas

Suministro

Resultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 0,80 L/s SECTORIZADA

Consumo

convencional

con VRP

VRP y reparada LPD

(L/s)

160,00

160,00

160,00

(L/s)

233,78

109,83

79,06

(%)

59

41

33

(L/s)

393,78

269,83

239,06

Fugas

Suministro

• 49 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 3.26 Comparativa de los resultados obtenidos bajo los escenarios de sectorización, reparación, control de presiones y disminución del consumo.

Caudal ( L/s ) 59 % 600

Nivel de fugas

55 % 52 %

500

50 % Caudal de suministro (L/s)

444 414 398

394

41 %

303

400

244

214

198

34 % 274

270

27 %

300

33 %

234

239

103

Caudal de fugas (L/s)

74

110

200

200

200

100

160

160

160

reducción de consumos, controlada con VRP y reparada la LPD

200

reducción de consumos y controlada con VRP

200

reducción de consumos

200

79

Caudal de consumo (L/s)

controlada con VRP y reparada la LPD

controlada con VRP

reparada la LPD

convencional

Red convencional

0

RED SECTORIZADA

• 50 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Algunas consideraciones Durante todo el desarrollo del ejercicio anterior, se han establecido las condiciones iniciales para realizar la simulación hidráulica, dejando el caudal de suministro como una variable dependiente del equilibrio energético y del principio de continuidad. En realidad, en los sistemas de abastecimiento de agua potable el gasto de entrada es un dato, un valor fijo establecido por la capacidad de la fuente y del equipo de captación; de este modo, al no disponer del caudal necesario, valor que arroja el cálculo numérico, los operadores recurren al “tandeo” a fin de paliar las necesidades de los usuarios.

En términos generales, el análisis permite sensibilizar a los operadores sobre las diversas posibilidades de accionar en el camino hacia lograr una eficiencia de equilibrio, haciendo notar que “salir” simplemente a reparar fugas no es la forma de optimar los trabajos y las inversiones. Se hace hincapié una vez más en la necesidad de controlar las presiones en cualquier red de distribución como parte fundamental del proceso de sectorización; de otra forma, reparar la red, incorporar nuevos suministros, subir las tarifas, concienciar a los usuarios, serán acciones bien vistas pero ineficientes.

“No es negocio meterle más agua a un colador, mucho menos cobrarle más” Antonio Capella Vizcaíno

• 51 •

EXPERIENCIAS Y ESTUDIOS DE CASO

Experiencia es una forma de conocimiento o habilidad derivados de la observación, de la vivencia de un evento o proveniente de las cosas que suceden en la vida. Una persona con considerable conocimiento en un área determinada puede ganar reputación de experto.

De este modo, es sencillo entender cómo algunos organismos operadores han ganado experiencia en sus técnicas de operación de la red de distribución, y gradualmente se han elevado a la categoría de expertos en el tema de la sectorización. Ahora bien, el proceso fundamental del aprendizaje es la imitación, es decir la repetición de un proceso observado. Así, actualmente la transferencia de tecnología y el intercambio de experiencias entre los encargados de la prestación de los servicios ha cobrado tal importancia, que resulta muy común destacar a aquellos que han progresado en diversas áreas de la gestión del agua.

En este capítulo, se pretende compartir algunos detalles de los éxitos obtenidos por quienes se han aventurado al proceso de sectorización en sus sistemas de distribución, tal es el caso de Querétaro y la Ciudad de México, así como el caso de Mérida, que recién inicia este camino. También se presenta la evolución de resultados en un par de casos: Monterrey y Tijuana, referencias obligadas en este tema. Si bien es cierto que afortunadamente existen muchos más ejemplos que pueden destacarse, se presentan éstos ante la imposibilidad de comentar todos. La selección no ha seguido ningún criterio que reste mérito a los esfuerzos de otros organismos operadores. • 53 •

Proceso de sectorización en Querétaro, Qro. Toda la información aquí presentada ha sido proporcionada por la Comisión Estatal de Agua (CEA) del Estado de Querétaro.

El Estado de Querétaro por su ubicación geográfica se caracteriza por la escasez de fuentes de abastecimiento lo que limita la disponibilidad, para satisfacer las demandas de los diferentes usos.

Figura 4.1 Ubicación geográfica del estado de Querétaro SAN LUIS POTOSÍ

GUANAJUATO

HIDALGO

MICHOACÁN

ESTADO DE MÉXICO

Cuenca del Pánuco 80% Cuenca del Lerma 20%

El acuífero del Valle de Querétaro se encuentra en condición de sobre explotación; de continuar esta situación, la fuente de abastecimiento se coloca en riesgo de colapso, además de generar múltiples problemas económicos y ambientales asociados. El sistema de suministro de agua a la ciudad de Querétaro, estaba basado en la inyección directa de pozos a redes, teniendo como consecuencia altas presiones, alto índice de fugas, carencia de control y de medición. Tomando en cuenta la problemática, la CEA Querétaro inició la realización de diversas acciones para el incremento de su eficiencia, ejemplo de ello es el Programa de Mejoramiento de Eficiencia.

En abril de 2001 se inician estudios de Diagnóstico y se comienza la sectorización de la red, a través de la conformación de áreas seccionadas llamadas células, que permiten mejorar la operación, controlar las presiones y disminuir considerablemente el índice de fugas. Se prueba la Metodología en un sector piloto (Célula de 60 predios) alcanzando eficiencias físicas mayores al 90%. La Comisión Estatal de Aguas de Querétaro, inicia una Metodología basada en una combinación de distintas experiencias : metodología IMTA + experiencia CEA Querétaro + experiencia Monterrey • 55 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Ante los resultados obtenidos, surge la necesidad de integrar un grupo técnico dentro del organigrama de la CEA, con capacitación activa, recursos económicos y materiales, cuya misión sea la de reducir y controlar las pérdidas de agua e incrementar la eficiencia del sistema y se crea la Dirección de Eficiencia y Productividad, que con el apoyo de empresas externas y la asesoría del IMTA, pretende mejorar la metodología mencionada día con día.

Programa de Mejoramiento de Eficiencia en Células (PMEC). Etapa

1

Evaluación potencial de reducción de pérdidas

2

Medición y reducción de pérdidas físicas de agua

3

Cuantificación de la reducción de pérdidas físicas de agua

Actividades Trabajo de Gabinete Recopilación de información técnica y comercial del Organismo Operador y generación de estadísticas

Trabajo mayormente de campo Detección y reparación de fugas visibles en tomas, redes, válvulas, etc. Detección y reparación de fugas no visibles en red y tomas

Trabajo de Gabinete Análisis de los resultados y evaluación global Beneficio-Costo

Etapa 1 Evaluación potencial de reducción de pérdidas 1.1 Recopilación y análisis de información La Célula # 65 “Las Teresas”, se encuentra ubicada en la zona poniente de la ciudad de Querétaro, colindando con la Célula 61 en la parte norte, en la parte sur con la Célula 67, en la parte oeste con la Célula 64 y en la parte este con la Célula 66, como se muestra en la figura 4.2.

• 56 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Para determinar la situación inicial de las pérdidas potenciales en la célula, se recopiló, generó, analizó y sintetizó la mayor cantidad de información existente proporcionada por el organismo operador. Ésta se integró y presentó a manera de reporte técnico, en los formatos, esquemas, gráficas, croquis y tablas con un criterio homologado, con la intención de poder analizar y efectuar comparaciones de la información de cada célula.

En la célula existía una población total de 8 945 habitantes, el total de usuarios era de 1 906 y el índice de hacinamiento, estimado por la CEA, era de 5 habitantes por toma. Del total de tomas en la célula:

o o o o o

el 93,87% correspondía al uso doméstico; el 1,06% era de uso comercial; el 0,10 % de uso público oficial; el 0,16% de uso público concesionado; y el 4,81% era de terrenos baldíos.

Figura 4.2 Ubicación de la Célula 65, “Las Teresas”. Número de Tomas

Cantidad

Total De Predios

1906

Tomas Domésticas

1789

Tomas Comerciales

20

Lotes Baldíos

92

Uso Público Oficial

2

Uso Público Concesionado

3

Tomas Con Macromedidor (2”)

1

Tomas Con Micromedidor (1/2”)

1450

Tomas Con Micromedidor (3/4”)

1

Tomas Sin Micromedidor

454

Tomas Con Cuota Fija

454

Tomas Instaladas: En Material De Cobre, Polietileno, Fierro Galvanizado, u Otro Material Tomas en Edificios Público Concesionado

1906 3

Tomas En Edificios Públicos (Escuelas, Oficinas de Gobierno, etc.)

2

• 57 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

La célula 65 era abastecida por medio de una motobomba colocada en el pozo profundo denominado Capillas V, el cual se ubica en la Av. San Juan, en la Colonia San Antonio de la Punta; este pozo alimentaba a un tanque elevado el cual tiene una capacidad de 300 m3, ubicado entre las calles de Océano Índico y Océano Ártico de la colonia San Antonio Maurel.

Datos generales de la red de distribución. diámetro longitud material edad ( mm ) (m) 300 250 200 150 100 75 64 50

956 73 958 820 1 626 6 153 513 2 737

total

13 836

A-C Acero y A-C PVC y A-C PVC y A-C PVC PVC PVC PVC

se ignora se ignora se ignora se ignora se ignora se ignora se ignora se ignora

Del análisis de la información recopilada, se obtiene un 82,3% de fallas en las tomas domiciliarias y un 17,7% en la red. En términos porcentuales, las fugas de la célula tienen una frecuencia de ocurrencia por tipos de fallas, de la siguiente manera: o o o o o

Deficiencia por instalación Edad del material Material no autorizado Falla del material Otras causas∗

21,67% 21,18% 16,75% 9,36% 31,04%

El consumo total en volumen facturado medido y volumen facturado estimado, con base en estadísticas del propio organismo operador, son en promedio por mes de 16 626 m3 y 11 244 m3, respectivamente. Con datos de la CEA, respecto a los errores de micromedición, se obtuvo un valor medio del error de sub y sobre medición que tienen los aparatos dentro de la célula.

∗

vibración por el tránsito vehicular, falla del relleno de zanjas, afectación de otras obras, altas presiones, corrosión de tubería, etc. • 58 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Volumen facturado y estimado de la célula 65 Volumen Facturado Volumen Facturado mes medido estimado ( m3 ) ( m3 )

Volumen total consumido ( m3 )

ene

16 433

11 313

27 746

feb

15 100

11 105

26 205

mar

16 180

11 243

27 423

abr

14 744

11 257

26 001

may

19 295

11 644

30 939

jun

15 276

12 437

27 713

jul

17 686

11 697

29 383

ago

17 187

10 147

27 334

sep

16 906

10 911

27 817

oct

16 984

11 785

28 769

nov

17 098

10 147

27 245

total

182 889

123 686

306 575

promedio

16 626

11 244

27 870

1.2 Medición del suministro de agua Para cuantificar los volúmenes y caudales abastecidos en la célula, se realizó un cálculo de los valores promedio mensuales y anual estimados, suministrados a la célula, con base en las estadísticas del organismo operador. De no contar con información suficiente, se deberán realizar mediciones de tres días o al menos 24 horas continuas, con macro medidores ultrasónicos o electromagnéticos, y con estas mediciones construir una gráfica de caudal suministrado en el tiempo, similar a la que se muestra en la figura 4.3. Cabe hacer la aclaración del término “consumo”, que generalmente se utiliza para designar el caudal o volumen que realmente llega a los usuarios; en este caso, el método que define los parámetros del estado en que se encuentra el sector o célula, usa el término para el caudal que “consume el sector”.

• 59 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.3 Curva de consumos medidos en un sector, con un lapso de 24 horas.

Caudal de consumo ( L/s )

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

11:00

08:30

06:00

03:30

01:00

22:30

20:00

17:30

15:00

12:30

0.0

Registro de 24 horas

De la gráfica construida, se calculan los indicadores mencionados en el tema Reducción de pérdidas (página 30) de este documento, y se concluye conforme a los resultados obtenidos, a fin de analizar la problemática de cada célula.

Un valor del índice de consumo máximo ICHM superior a 1,5 indica que en la célula existe mucha variación en los consumos. En este caso es recomendable construir tanques para regular dichas variaciones y consumir menos energía de bombeo. Si la célula en estudio es para uso doméstico solamente, el índice de consumo mínimo nocturno ICMN, indica la intensidad de las fugas. Si el valor del índice es más grande que 0,2 los niveles de fugas son altos y es recomendable hacer un estudio más detallado con los equipos detectores acústicos, con caídas de presión o mediante una subdivisión nocturna, como más adelante se explica.

• 60 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

1.3 Balance físico y económico del potencial de fugas y agua no contabilizada Siguiendo el procedimiento descrito en el capítulo 1 Balance de agua, de la referencia 3, se observa en los resultados que del total suministrado en un mes promedio de 2001, se perdía el 45,6% del agua, lo que equivale a una eficiencia del 54,4%. Estos valores preliminares son producto exclusivamente de la información recopilada en el mismo organismo operador. De esta manera se estimó que el porcentaje para recuperar y mantener a la célula en un rendimiento mínimo del 85% es de 30,6%, básicamente con el control de presiones a través de válvulas reguladoras, la reparación de fugas visibles en tomas y válvulas, y la localización de tomas clandestinas.

Etapa 2 Medición y reducción de pérdidas físicas de agua 2.1 Actualización del catastro Esta actividad consistió en verificar en campo los límites de la red de distribución de la célula y revisión de cajas de válvulas, así como detalles de cruceros.

2.2 Vinculación de cada predio con su contrato Consistió en hacer una revisión de campo, lote por lote, de los contratos de usuarios del agua con la CEA. De los tres recorridos efectuados, se obtuvieron los siguientes resultados:

Vinculación de predios y contratos actividad Recorrido visual para detectar fugas en tomas Recorrido físico para realizar la apertura y cierre de la llave de paso Recorrido de detección de conexiones clandestinos y robos

resultado 115 usuarios domésticos clandestinos 96 Robos 115 usuarios comerciales en lugar de los 20 registrados

• 61 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.4 Detección de usuarios clandestinos en la Célula 65, “Las Teresas”.

Predios Contratados Usuarios Clandestinos

2.3 Verificación del aislamiento de la célula Se revisó la existencia de variaciones de presión en la red interna, después de cierto tiempo de haber cerrado las válvulas limítrofes y la válvula de salida del tanque que abastece a la zona en estudio. Cuando las presiones en los registradores de presión sean mínimas o próximas a cero (significa que los usuarios han consumido el agua que quedó en la tubería), entonces se considera que la célula ha quedado aislada.

Figura 4.5 Macro medidor electromagnético a la salida del tanque.

2.4 Medición del caudal promedio que consume la célula antes de la reparación de fugas

Se realizó una medición de caudal continua, registrando valores a cada 15 minutos, y se determinaron las curvas de variación horaria de 3 días, o al menos de un día en aquellos lugares problemáticos. Con estas curvas se calcularon el gasto promedio consumido y los coeficientes de variación diaria.

• 62 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Conviene recordar que por definición, el CHM es el volumen máximo de consumo (área bajo la curva) en el intervalo de una hora; y que el CMN es el volumen mínimo de consumo (área bajo la curva) en el intervalo de una hora entre las 0:00 y las 5:00 de la mañana. Considerando que el gasto mínimo nocturno representa prácticamente el caudal de fugas, se obtiene una aproximación de la eficiencia física de la célula, con base en las acciones hasta ahora emprendidas: ICMN =

CMN CHP

=

14,56 L/s 20,62 L/s

= 0,7061

No debe pasarse por alto que en caso de confirmar consumos nocturnos (comerciales, industriales o clandestinos), debe calcularse el consumo nocturno doméstico para eliminar la influencia de grandes consumidores. De este modo, la eficiencia física calculada con base en la medición del caudal medio suministrado en la célula 65 es de 29,39 %. Es importante resaltar la diferencia entre las eficiencias estimadas en gabinete y la obtenida a partir de las mediciones en campo, lo que refuerza la necesidad de “salir a medir”.

2.5 Localización y reparación de fugas visibles

Figura 4.7 Reparación de fugas visibles

A través de un recorrido de campo predio por predio se realizó una inspección visual de la célula con objeto de localizar fugas visibles en tomas y líneas de distribución. De igual manera, en este mismo recorrido se revisaron todas las llaves de paso de los usuarios y se obtuvo una encuesta en la célula.

Un primer recorrido fue realizado del 26 al 29 de enero y consistió en una simple inspección visual; el segundo fue un recorrido físico, esta actividad consistió en el cerrado y apertura de las llaves de paso del 30 de enero al 2 de febrero.

De los recorridos realizados se encontraron 51 fugas en micro medidores, y 178 en las llaves de paso, donde se determinó un gasto total de fuga de 0,187 L/s, donde el gasto de fuga en micro medidores fue de 0,015 L/s y en llaves de paso de 0,172 L/s. • 64 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

2.6 Localización y reparación de fugas en cajas de válvulas Se realizó el levantamiento de las cajas de válvulas existentes en el sector en estudio incluyendo croquis de las piezas especiales instaladas en cada caja, así como el estado de cada pieza, con el fin de determinar la necesidad de hacer reparaciones o sustituciones. La empresa elaboró un reporte técnico de esta revisión, que incluye el gasto aforado de cada fuga.

Figura 4.8 Fugas en cajas de operación de válvulas

2.7 Regularización de tomas con usos diferentes Esta información se capturó cuando se hicieron los recorridos para hacer la vinculación predio - contrato. De los 20 usuarios registrados como comerciales, se localizaron un total de 95 usuarios adicionales que por tiempo indefinido estuvieron conectados como domésticos ante la CEA.

Cambios de contrato por tipo de uso Uso anterior Uso actual No. de usuarios domésticos baldíos baldíos doméstico

comercial doméstico comercial industrial

92 72 3 1

• 65 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

2.8 Detección y regularización de conexiones no autorizadas Durante los recorridos de campo se observaron y reportaron las conexiones que no estaban anotadas en el padrón de usuarios. Se conciliaron todas las tomas identificables dentro del plano de la célula contra el padrón de usuarios (tomas contratadas) del organismo operador y se comprobó que cada predio contratado tenga una toma domiciliaria con medidor. Los lotes que no tenían toma domiciliaria se investigaron en el sitio, inspeccionado visualmente o con la ayuda de un detector de tubería enterrada.

Se anotaron en los formatos aquellas tomas de agua que carecían de medidor y se verificó con el Departamento de Padrón de Usuarios de la CEA si están o no contratados. Esta información fue entregada al mismo Departamento para que realice las regularizaciones respectivas y las limitaciones de los usuarios clandestinos.

2.9 Primera prueba de cierre Se mide el agua que se suministra a la célula durante 24 horas, cerrando las llaves de paso de todos los usuarios conectados a la red de dicha célula, con el fin de evaluar los beneficios obtenidos y comprobar si se alcanzan los valores de eficiencia mayores al 85%. Figura 4.9 Grupo de apoyo para la entrega de volantes informativos a los usuarios.

Para anunciar la falta de agua que ocurre durante el cierre de llaves, y con el fin de hacerlos partícipes de los logros que puedan obtenerse, se entregan volantes de difusión a los vecinos del área de estudio.

• 66 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.10 Caudal aforado durante la primera prueba de cierre.

Gasto ( L/s )

Célula 65 "Las Teresas" 35 30 25 20 15 10 5 07:30

06:00

04:30

03:00

01:30

00:00

22:30

21:00

19:30

18:00

16:30

15:00

13:30

12:00

10:30

09:00

0

Hora del día Resaltan los valores medidos a partir de las 2:30 horas, ya que no es común tener valores tan pequeños de caudal, lo que estaría representando que prácticamente no hay fugas.

2.10 Análisis de eficiencia de la prueba de cierre Parámetros del consumo en la célula 65 indicador Consumo total

símbolo

valor

CT

800,85 m3

Consumo horario promedio

CHP

33,37 m3/h 9,27 L/s

Consumo horario máximo (9:00 a 10:00)

CHM

105,34 m3/h 29,26 L/s

Consumo mínimo nocturno (3:30 a 4:30)

CMN

0,72 m3/h 0,02 L/s

Índice de consumo máximo horario

ICHM

3,157

Índice de consumo mínimo nocturno

ICMN

0,002

Nivel de fugas = 0,22 % , lo que significa una eficiencia de 99,78 %

• 67 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Indicadores de la primera prueba de cierre indicador

antes

después

Consumo horario promedio ( L/s )

20,62

9,27

Consumo mínimo nocturno ( L/s )

14,56

0,02

Pérdidas físicas ( % )

70,61

0,22

Eficiencia física ( % )

29,39

99, 78*

*

Debe tenerse mucho cuidado en interpretar este valor de eficiencia física, pues en realidad se está midiendo solamente las fugas, quedando aun pendiente comprobar la eliminación total de usuarios clandestinos y posibles deficiencias en el padrón de usuarios.

Recordando lo que se ha hecho hasta ahora, la experiencia de Querétaro ha resultado realmente didáctica, pues ha demostrado que la estimación de la eficiencia física en gabinete (54,4%) puede distar mucho de la realidad, aunque siempre será oportuno tener una primera idea de la situación que podría enfrentarse. La medición en campo es imprescindible si en realidad se quiere evaluar la situación (29,39%) y valorar las acciones necesarias para mejorar la eficiencia. Aun más, la ejecución de acciones de una manera ordenada, empezando por el control de presiones, demuestra que pueden alcanzarse beneficios notables, aunque no sean de la magnitud de los aquí reportados (99,78%).

La altísima eficiencia obtenida responde al cuidado intenso que se sigue en el inicio de este tipo de proyectos, la focalización de recursos económicos, y por supuesto al tamaño del sector. De ninguna forma se debe interpretar este nivel de eficiencia como un valor que debe alcanzarse en el resto de los sectores, ni mucho menos en otros sistemas de distribución de agua potable.

Para establecer las metas y los niveles de eficiencia que se pretenden alcanzar, es recomendable consultar el documento denominado “Planeación de acciones de incremento y control de la eficiencia en sistemas de agua potable”, elaborado por la Gerencia de Estudios y Proyectos de la Comisión Nacional del Agua, de distribución gratuita. En esta publicación, se hace un análisis del punto definido como eficiencia de equilibrio económico.

• 68 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

2.11 Segunda prueba de cierre Cuando en la primera prueba resulta que la eficiencia física es menor a la de equilibrio económico (no es el caso de la célula 65 ya que se obtuvo un 99,78%), implica que aún debe trabajarse en la recuperación de caudales y ahora se deben enfocar los esfuerzos en la localización de fugas ocultas. Por lo tanto, se procede a realizar las actividades de la segunda prueba, que a continuación se detallan.

ƒ Inspección de pozos de visita, con el fin de descubrir posibles fugas ƒ ƒ ƒ ƒ

de agua que están drenando hacia el alcantarillado. Localización, con detectores electrónicos, de fugas ocultas. Entrega de volantes para el cierre. Realización de la segunda prueba de cierre. Cálculo de la eficiencia de la célula.

Etapa 3 Cuantificación de la reducción de pérdidas físicas de agua Concluidas las labores de campo de la etapa 2, se procede al estudio de los resultados obtenidos, cuantificando el número de fugas eliminadas y caudal recuperado, y el impacto obtenido en el nivel del servicio, así como los beneficios directos del organismo operador. 3.1 Niveles de pérdidas físicas La presión media, regulada en la célula, fue de 1,5 kg/cm2 (1,32 bares), lo que redujo considerablemente el nivel de fugas, presentándose 14 en tomas domiciliarias con un gasto total de fuga de 0,763 L/s y un gasto promedio de 0,054 L/s. Se realizaron aforos de las fugas en llaves de paso y micro medidores con un gasto total de fuga de 0,187 L/s y un promedio de 0,0008 L/s. El porcentaje de tomas que presentaron fuga respecto del total de tomas instaladas en la células fue del 12,7 %. El gasto total de fugas en tomas domiciliarias, sumando las que ocurrieron en el cuerpo del medidor más las llaves de paso y en el cuerpo de la tubería, resultó de 0,950 L/s, es decir aproximadamente 82,1 m3 al día, suficiente para dotar de agua a 411 personas, con un consumo de 200 litros diarios por persona.

• 69 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Fugas visibles reparadas y caudales recuperados según su ubicación fugas Caudal Ubicación número

%

L/s

m3 / mes

%

Válvulas

6

2,4

0,37

964

27,2

Red de distribución

1

0,4

0,05

122

3,4

Tomas domiciliarias

14

5,6

0,76

1 978

55,7

Micromedidor

51

20,4

0,02

39

1,1

Llaves de paso

178

71,2

0,17

446

12,6

Total

250

100

1,37

3 549

100

3.2 Balance general Con la información obtenida en los puntos anteriores se realizó un segundo balance de agua recuperada en la célula, cuyos resultados se muestran en la siguiente tabla.

Balance de agua recuperada concepto Suministro inicial de agua a la célula Ajustes comerciales Fugas reparadas

Volumen de agua recuperado

Volumen 3

m / mes

%

53 441

100

15 440

28,9

3 549

6,6

18 989

35,5

En términos de eficiencia física y nivel de pérdidas físicas, se obtuvieron los siguientes resultados:

1ª etapa (gabinete)

Pérdidas físicas 45,60 %

Eficiencia física 54,40 %

2ª etapa (medición)

70,61 %

29,39 %

0,22 %

99,78 %

2ª etapa (acciones de recuperación*)

* localización y reparación de fugas visibles; localización y reparación en cajas de válvulas; regularización de tomas con usos diferentes; detección y regularización de conexiones no autorizadas.

• 70 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

3.3 Análisis costo - beneficio

con mejor servicio Nuevos Total

hab. beneficiados 8 945 1 165

número de tomas 1 906 115

10 110

2 021

Resultados dentro de la célula 65 Concepto

antes

Eficiencia física

54,4 %

después 99,7 %

53 441 m

50 640 m3

Horas de servicio

18

24

Usos comerciales

20

115

80,65 %

100 %

Volumen suministrado mensual

Contratación

3

Tomas clandestinas

115

Robos detectados

96

Los beneficios económicos se definieron con base en los siguientes rubros.

ƒ Los ahorros en costo de producción derivados de la reducción de pérdidas físicas. ƒ El incremento en los ingresos del organismo, por concepto de contratación de usuarios clandestinos. ƒ El incremento en la facturación, que deriva de los usuarios contratados y de la regularización de los usuarios subsidiados como hospitales, instituciones de beneficencia, etc.

Ante tales resultados, se mantiene el convencimiento del camino elegido y se incrementan los esfuerzos por recuperar agua no contabilizada, lo que arroja los resultados que a continuación se indican, producto del trabajo realizado sobre 43 células, comprendido entre abril de 2001 y febrero de 2003.

• 71 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Resumen de Resultados ( abril de 2001 – febrero de 2003 ) Acciones

abr – dic 2001

ene – dic 2001

compromiso a feb 2003

total

Número de células

12

26

5

43

Habitantes beneficiados en la Z.M. Querétaro

56 330

267 585

85 170

409 085

7,0 %

33,4 %

10,6 %

51,0 %

Fugas

32

48

56

136

tomas clandestinas

14

34

17

65

TOTAL

46

82

73

201

Inversiones ( millones de pesos )

2,0

5,5

1,0

8,5

Por contratación

5,47

9,30

0,24

15,01

Por facturación

0,72

2,72

0,15

3,59

Total

6,19

12,02

0,39

18,60

Agua no contabilizada ( L/s )

Ingresos ( mill. de $ )

Porcentaje de habitantes

Figura 4.11 Incremento en el nivel de servicio entre los años 1999 y 2002.

36% 47%

45%

49%

121 colonias

40% 38%

46%

19%

17%

15%

5%

1999

2000

2001

2002

Servicio cada 3er. día

• 72 •

160 colonias

43%

Servicio de 3 a 16 horas al día

11 colonias

Servicio de 17 a 24 horas al día

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.12 Situación del sistema de abastecimiento de agua potable en la ciudad de Querétaro a finales de 2003.

EFICIENTADAS 2001 (CEA)

12

EFICIENTADAS 2002 (CEA)

12

EFICIENTADAS 2002 (OUTSOURCING)

14

PROCESO DE EF. (OUTSOURCING)

5

POR EFICIENTAR 2003

19

TOTAL

62

62 CÉLULAS EFICIENTADAS Beneficiándose aproximadamente 594,000 habitantes abarcando el 60 % del total de la población

Directrices a corto plazo, derivadas del éxito obtenido

ƒ Continuar con la sectorización del sistema de distribución de agua potable.

ƒ Incrementar la eficiencia física en 19 células, beneficiando aproximadamente.

a

185,000

habitantes

ƒ Digitalización del 100% del catastro de redes de la ciudad de Querétaro.

ƒ Realización del diseño conceptual y puesta en operación de un Sistema de Monitoreo de eficiencia física y de facturación permanente por célula. • 73 •

Proceso de sectorización en Ciudad de México Información del Sistema de Agua y Drenaje de Monterrey (SADM), relativa al año 2004.

Figura 4.13 Ubicación geográfica de la Cd. de México.

La Ciudad de México está situada en la meseta central, al centro-sur del país, en lo que originalmente era el Lago de Texcoco. Su área metropolitana se extiende por el Distrito Federal y el Estado de México y cuenta con más de 18 millones de habitantes en el año 2005 según el INEGI; es el centro político, económico y cultural de México, la ciudad más poblada del país y una de las más grandes del mundo tanto en población como en superficie. Aporta casi la mitad del PIB del país.

La Ciudad de México es tan grande que tiene microclimas en su interior. Del norte hacia el noroeste, centro, centro-sur y este, se distribuye el clima templado sub-húmedo con lluvias en verano. Esta extensa zona tiene una altitud que va de 2250 m en Iztapalapa a 2900 m en la Sierra de Guadalupe, en las laderas orientales de la Sierra de las Cruces y en las laderas boreales de la Sierra AjuscoChichinautzin; en ella, la temperatura media anual varía de 12°C en las partes más altas a 18°C en las de menor altitud; en ese mismo orden, la precipitación total anual va de 1000 a 600 mm y el periodo en que se concentra la lluvia es el verano.

El suministro de agua potable al Distrito Federal (D.F.), está a cargo del Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACM), y dispone de las siguientes fuentes de abastecimiento: Propias

19,0 m3/s

58 %

9,8 m3/s 4,0 m3/s

30 % 12 %

35,0 m3/s

100 %

Externas Sistema Cutzamala Sistema Lerma

TOTAL

• 75 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.14 Sobre explotación desmedida de los acuíferos del Valle de México.

Límite de la cuenca

Tecocomulco 6 Cuautitlán – Pachuca 2

Apan 5

Balances de los Acuíferos ( m³/s )

Texcoco 3

ZMCM 1

Cuenca Recarga

Chalco Amecameca 4

Figura 4.15 Fuentes de suministro Del D.F.

Extracción

1

8,8

16,1

2

6,4

15,3

3

1,6

14,7

4

2,3

4,1

5

3,1

0,7

6

0,9

0,4

Total

23,2

51,3

Infraestructura hidráulica ( D.F.) 1,000 km 12,000 km 514 972 296 336

redes primarias redes secundarias acueductos y líneas de conducción pozos plantas de bombeo tanques de regulación

La problemática principal está asociada a la sobre explotación del acuífero, mismo que provoca el hundimiento del terreno y la contaminación paulatina del agua subterránea.

• 76 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

El futuro no es nada halagüeño, pues cada vez es menos factible incrementar la oferta de agua, mientras la población sigue creciendo.

La extensión de la ciudad obliga a transportar grandes volúmenes de agua a través de la misma red primaria, pero el estado en que se encuentra la infraestructura hidráulica no es la óptima y el incremento de la presión ocasiona grandes fugas, que en principio se estiman del orden del 37% del volumen suministrado.

El SACM inicia entonces su proyecto de sectorización, y en 2001 se implementa un sector piloto en la zona poniente del D.F., denominado Sector Santa Lucía 1 (referencia 2), del que ya se ha hablado en este documento. Se retoma este caso por ser considerado el detonante del ambicioso proyecto de sectorización de toda la red.

Figura 4.16 Sector Santa Lucía 1 en el poniente del D.F.

• 77 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

En la figura 4.16 se incluyen las curvas de nivel que muestran el desnivel del orden de los 150 m, lo que provocaba presiones nocturnas sobre los 8,8 bares (10 kg/cm2) en una parte de la red. En la misma figura se indica la geometría de los sub-sectores y los puntos en los que fueron instaladas las válvulas reguladoras de presión (VRP).

Las primeras mediciones de caudal de este sector se hicieron en febrero de 2000, posteriormente se hacen algunas reparaciones y sustituciones en la zona más baja; es decir, en la parte de la red que estaba sometida a las presiones más altas, y se mide el caudal de entrada en noviembre de 2001 y en febrero de 2002. En seguida, en marzo del mismo año, inicia la operación de las válvulas reguladoras de presión y se mide nuevamente el gasto en abril. Los resultados son más que evidentes y se aprecian en la figura 4.16, donde se observa la disminución del caudal medio de consumo, de 92 a 78 L/s, aunque la diferencia que más destaca es la del consumo mínimo nocturno, que baja de 59 a 21 L/s derivado del control de la presión.

Figura 4.17 Caudales medidos en el sector Santa Lucía 1, antes y después del control de presiones.

feb-2000 95 L/s

nov-2001 92 L/s

feb-2002 92 L/s

abr-2002 78 L/s

• 78 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.18 Sector Santa Lucía en el poniente del D.F.

ALIMENTACIÓN

TOPOGRAFÍA DE SECTOR

TANQUE

Al contar con valores medidos, de caudal y presión, es posible ajustar el modelo numérico de simulación, lo que permite “jugar” con la información y valorar la variación horaria de las fugas, confirmando así que la magnitud de fugas es prácticamente constante durante el día y la noche, una vez controlada la presión. Esto puede apreciarse en la figura 4.19.

• 80 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.19 Variación horaria de consumo y fugas, antes y después del control de presiones, en el sector Santa Lucía 1 en el poniente del D.F.

Una anécdota curiosa que demostró la fiabilidad de este proceso de medición y calibración del modelo, fue el efecto en los consumos de agua durante el intermedio de un partido de fútbol de la XVII Copa del Mundo FIFA Corea-Japón, con la participación del equipo mexicano, tal y como se indica en la figura 4.20. Con los resultados obtenidos, cobra importancia el proyecto de sectorización de la red de distribución del D.F., estableciéndose el siguiente esquema de trabajo:

• 81 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.20 Variación brusca en el consumo del D.F., como consecuencia de la celebración de un partido de fútbol. inicio

descanso

final

L/s

Catastro de la red de distribución y regionalización A partir de la información validada de la infraestructura hidráulica existente, se llevó a cabo una primera regionalización, tal como se muestra en la figura 4.21. Con base en la configuración topográfica y la división política, se realiza la primera propuesta de sectores, respetando la prioridad de abasto, la autonomía de las redes primaria y secundaria, la infraestructura vial, y la densidad de población.

Características de los sectores Red primaria: presiones altas y gran cobertura. Red secundaria: presiones mínimas recomendadas. Puntos de suministro: control de presión y medición de caudales. • 82 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.21 Regiones en las que se ha dividido el sistema de distribución de agua potable del D.F.

Norte 66 sectores

Centro 56 sectores

Poniente 30 sectores

Oriente 98 sectores

Sur 86 sectores

Proyecto de los sectores A partir de las características principales enunciadas, se definió la delimitación geométrica y sus puntos de alimentación y control. Con ello, se procedió a monitorear los caudales y las presiones, se diseñaron nuevos cruceros y se proyectaron las adecuaciones pertinentes.

Esta primera configuración de sectores es modelada numéricamente, y su operación es simulada con el apoyo de algún software especializado, sin olvidar que la veracidad de la simulación esta en función de la calidad de la información de entrada. La calibración del modelo permite conocer el comportamiento real de la red en operación, con lo que se podrán depurar las obras y acciones sobre la infraestructura. • 83 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Algunos otros sectores, pioneros en el proceso del control de presiones de la red de distribución de agua potable del D.F., ofrecen resultados alentadores, lo que ha derivado en la decisión de continuar y destinar esfuerzos y recursos en este sentido con el resto del sistema. Aquí se muestran los casos del sector Tacubaya 3, en la región poniente, con una población de 5 300 habitantes y una extensión de 20 ha, así como el caso del sector Santa Catarina, en la región oriente, con una población de 360 000 habitantes y una extensión de 1 770 ha, que por su extensión, se ha conformado de 53 sub-sectores.

Figura 4.22 Sector Tacubaya 3.

Figura 4.23 Reducción del consumo, gasto medio y gasto mínimo nocturno, en el sector Tacubaya 3, derivado del control de presiones. 20

antes GASTOmedio MEDIO== 12,8 12.8 lps Gasto

GASTOS lps

15

10

después 5

GASTO MEDIO= lps Gasto medio = 8,88.8 L/s

HORA

• 84 •

13:30

12:30

11:30

10:30

9:30

8:30

7:30

6:30

5:30

4:30

3:30

2:30

1:30

0:30

23:30

22:30

21:30

20:30

19:30

18:30

17:30

16:30

15:30

14:30

0

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.24 Sector Santa Catarina (consta de 53 sub-sectores).

Figura 4.25 Reducción del consumo, gasto medio y gasto mínimo nocturno, en un subsector de Santa Catarina.

Actualmente, el SACM mantiene sus actividades en este sentido y continúa con el proceso de sectorización, basada principalmente en el control de presiones e independizando la red primaria, lo que permitirá un mejor manejo del agua a través de toda la red y lograr con ello una mejor distribución entre sus usuarios. • 85 •

Proceso de sectorización en Mérida, Yuc. Información de la Junta de Agua Potable y Alcantarillado de Yucatán (JAPAY).

Hoy por hoy, el estado de Yucatán es una de las regiones más prósperas del sur de México, con sus principales ingresos provenientes del turismo, el comercio y la agricultura. A pesar de los grandes avances en modernizar la infraestructura de la península, la cultura de todo el estado y de la península completa se caracteriza por la presencia e influencia de los mayas yucatecos, una de las más grandes poblaciones indígenas de México. Figura 4.26 Ubicación geográfica de la Ciudad de Mérida, Yuc.

Mérida es la capital del estado y se localiza en la parte centro norte del estado, a menos de 50 km del Golfo de México. Según el conteo 2005 del INEGI 2005, la población de Mérida está muy cerca de los 800 000 habitantes, por lo que es la 11ª más poblada del país. La Junta de Agua Potable y Alcantarillado de Yucatán (JAPAY) es el organismo estatal descentralizado responsable de la prestación de estos servicios.

En lo que se refiere al abastecimiento de agua potable, se reportaban las siguientes cifras: fuente de suministro: aguas subterráneas captación: 91 pozos profundos producción: 2 800 L/s tomas registradas domésticas: comerciales: industriales: otros servicios:

225 636 13 374 813 101

cobertura: fugas (estimadas):

98% 40% • 87 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

En la búsqueda de mecanismos de solución para optimar su operación, la JAPAY inició los primeros trabajos formales de sectorización a partir de 2005, con el personal de la Gerencia de Distribución. Después de observarse los primeros resultados, se formaliza la creación del Departamento de Recuperación de Caudales a partir del primer trimestre de 2006, el cual se encuentra en etapa de consolidación.

En un primer paso, se efectuó la delimitación de 47 sectores hidráulicos de acuerdo a la red hidráulica existente, tal y como se indica en la figura 4.27, con el objeto de reducir el volumen de agua que se pierde en el sistema, ocasionadas por fugas, conexiones no autorizadas y consumos no medidos, para minimizar la diferencia entre el agua producida y el agua facturada, buscando incrementar la eficiencia del sistema.

Figura 4.27 Distribución de los sectores sobre la red de distribución de agua potable en Mérida, Yuc.

Sector Montecristo

Sector No. 005

Sector Vergel

Se inició con el sector 005, ubicado en el sur-poniente de la ciudad y alimentado por una planta de bombeo. Se recabó la información existente en el departamento comercial, con el fin de hacer congruentes las rutas de lecturas existentes con el área delimitada por el sector, y se detectaron 5 925 usuarios contratados. • 88 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.28 Delimitación del sector 005.

En concordancia con la información comercial, se corroboró el número de tomas registradas, las conexiones no autorizadas y los medidores en mal estado. Mediante un levantamiento físico, se identificaron las válvulas que delimitan el sector, determinándose las condiciones actuales de operación con el fin de establecer un programa de mantenimiento preventivo y correctivo de las mismas.

Figura 4.29 Actividades de verificación del catastro y su relación con el padrón de usuarios.

Posterior a los trabajos de mantenimiento y cambio de válvulas, y solo después de comprobar la hermeticidad del sector, se midió el volumen de agua suministrada con medidores de gasto volumétrico ultrasónicos. El resultado fue de 470 619 m3 en un bimestre (Q = 91 L/s).

Simultáneamente se realizó un levantamiento físico de las tomas domiciliarias con el fin de contar con un catastro confiable, determinando el número real de contratos y las características de las tomas, elevándose el número de usuarios a 6 121. Se eliminaron 81 tomas domiciliarias no autorizadas, recuperando un promedio de 0,36 L/s. Se instalaron 271 nuevos micro-medidores y se cambiaron 569 en mal estado.

• 89 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Se estableció el programa de mantenimiento correctivo y preventivo a 30 válvulas de operación, de las cuales 21 fueron cambiadas. Se repararon y reconstruyeron 21 cajas de válvulas, incluyendo muretes, colocación de marco y losa de concreto.

Se recorrieron 1 250 km de líneas de distribución, con geófono, en busca de fugas no visibles, se detectaron 10 en tomas domiciliarias y 2 en tubería de 100 mm (4”). Todas fueron reparadas recuperándose un caudal aproximado a los 8 L/s.

Al término de estos trabajos, se realizó un nuevo estudio de macro-medición en el sector; el nuevo volumen de agua medido fue de 295 038 m3 en un par de meses.

Los resultados obtenidos en este sector indican una notable mejora en la eficiencia física, aunque es claro que aun queda mucho por hacer, tanto en el control de pérdidas de agua a través del control de presiones del sector, como en el área comercial, afinando el padrón de usuarios e incrementando el volumen de facturación.

La siguiente tabla ofrece el resumen del avance hasta ahora logrado, no olvidando que este proceso se inició apenas hace un año.

Incremento de la eficiencia física en el sector 005 producto del proceso descrito Inicio del proceso

Un año después

Volumen suministrado (m3 por bimestre)

470 619

295 038

Volumen facturado (m3 por bimestre)

109 345

117 341

23

40

Eficiencia física en el sector ( % )

Con el convencimiento pleno del camino elegido, el JAPAY continúa con el proceso en dos sectores más: • Cárcamo Montecristo • Tanque El Vergel

• 90 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.30 Sector Montecristo.

Figura 4.31 Sector El Vergel

Comparativo costo – recuperación del Programa gastos Costo anual ( $ ) concepto equipo vehículos sueldos

monto

Bim 1

(2,45 $/m ) 005 acumulado Montecristo acumulado El Vergel acumulado

Bim 3

Bim 4

Bim 5

Bim 6

63 333 41 667 300 000 405 000

63 333 41 667 300 000 405 000

63 333 41 667 300 000 405 000

63 333 41 667 300 000 405 000

63 333 41 667 300 000 405 000

63 333 41 667 300 000 405 000

acumulado

405 000

810 000

1 215 000

1 620 000

2 025 000

2 430 000

Bim 4

Bim 5

Bim 6

430 173 860 347 232 750

430 173 1 523 269 232 750

430 173 2 186 192 232 750

430 173 2 849 115 232 750

1 523 269

2 186 192

2 849 115

sector 3

Bim 2

380 000 250 000 1 800 000 parcial

Recuperación anual ( $ ) Volumen

(m3)

175 581 95 000 110 000

Bim 1

Bim 2

430 173

430 173

430 173

860 347

Bim 3

269 500

3 781 538

La recuperación obtenida en los dos primeros bimestres ya reflejaba un beneficio importante con las acciones del sector 005; con la incorporación de los trabajos sobre el sector Montecristo, se incremento notablemente el beneficio en el balance de gastos e ingresos, lo que motivó a la continuación del programa con el inicio de actividades en el sexto bimestre sobre el sector El Vergel, y actualmente es parte de las políticas de gestión del JAPAY.

• 91 •

Evolución de resultados en Monterrey, N.L. Información del Sistema de Agua y Drenaje de Monterrey (SADM), relativa al año 2004.

El Área Metropolitana de Monterrey (AMM) tiene 3,6 millones de habitantes, distribuidos en un territorio de 580,5 km², convirtiéndola en la segunda área conurbada más extensa de México y la tercera en población.

Municipios que integran el AMM o o o o o o o o o o

Apodaca Ciudad Benito Juárez Escobedo García General Escobedo Guadalupe Monterrey Santa Catarina San Nicolás de los Garza San Pedro Garza García

Las condiciones de semi-aridez y el crecimiento poblacional e industrial de Nuevo León, han impuesto una sensibilización de los usuarios respecto al uso eficiente del agua, ya que la sostenibilidad del recurso en estas condiciones es un reto a vencer, no solo con más obras, sino con la reducción de pérdidas de volúmenes en el manejo y distribución del líquido.

Las principales fuentes de abastecimiento del AMM, son: Presa El Cuchillo Cerro Prieto La Boca

Capacidad al NAMO millones de m3

1 123 300 41

municipio China Linares Santiago

• 93 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Algunas otras fuentes con menor aportación que las presas, son: 39 Pozos Profundos: Sistemas Mina y Buenos Aires

74 Pozos Someros y 7 Pozos Profundos Área Metropolitana

2 Manantiales La Estanzuela y Los Elizondo

3 Túneles Cola de Caballo I y II, y San Francisco I

1 Galería Filtrante La Huasteca

El sistema de distribución se basa en un anillo de transferencia de 70 Km de longitud, y el apoyo de 143 tanques de almacenamiento con una capacidad conjunta de aproximadamente 1,2 millones de m3.

Escobedo

MINA San Martín Canadá Topo Chico San Nicolás

CUCHILLO

Penal

Obispado

Silla

Loma Larga

HUASTECA

Guadalupe

SANTIAGO

• 94 •

San Roque

CERRO PRIETO 17 Tanques Principales 126 Tanques Secundarios

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

El programa de Sectorización, basado en la misma metodología base ya descrita en el caso de Querétaro, está siendo representada en un sistema cartográfico, y se enlaza con una base de datos descriptiva que se utiliza como fuente de consulta y para la toma de decisiones en diversas áreas operativas y comerciales.

El SADM comenta que este programa cuenta con una auditoria de 750 000 usuarios, lo que permite conocer la situación real de las condiciones en que se encuentran las tomas y servicios. Los resultados más destacados se muestran en las figuras subsecuentes.

Figura 4.32 Comparativo del suministro de agua potable y del incremento de usuarios.

Miles de usuarios

900 831

847

27,0

26,9

800

800 724

755

694

700 626

643

668

Suministro en Mm3

600

20

26,1

25,9

25,8

26,9

26,5

27,0

26,8

10 0

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

De la figura 4.32 se destaca el crecimiento de usuarios en un 35%, mientras que el volumen de abastecimiento de agua potable se mantiene prácticamente igual.

• 95 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.33 Horas promedio de suministro de agua potable. 24,0 21,7 15,0 13,2

1990

1995

2000

2004

Derivado de las acciones encaminadas a incrementar la eficiencia operativa, es notable el mejoramiento del servicio y la recuperación de caudales que ha permitido mantener el volumen de explotación en los últimos diez años. Adicionalmente, la facturación aumentó un 10% en un año, y la cultura de pago arrojó una recaudación del orden del 94% a partir de 2001, cifra que ha ido en aumento.

• 96 •

Evolución de resultados en Tijuana, B.C. Información de la Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tijuana (CESPT).

Tijuana se encuentra ubicada en una de las zonas del país poco favorecidas con fuentes de agua potable. Por sus condiciones geográficas y climatológicas, así como el continuo crecimiento de la población, el suministro de agua no ha sido fácil. Los habitantes de la región, catalogada como árida, ven aparecer lluvias de extraordinario volumen cada 10 ó 15 años. Uno de los primeros esfuerzos por brindar una fuente de abastecimiento para uso doméstico a la ciudad, fue la construcción de la Presa Abelardo L. Rodríguez. Actualmente, la población utiliza como principal fuente de abastecimiento el Río Colorado; por ser éste la fuente más segura con las características necesarias para su potabilización.

Figura 4.34 Ubicación geográfica de la ciudad de Tijuana y localización del acueducto Río Colorado – Tijuana, en Baja California. Tecate

Tijuana

Mexicali San Luis Río Colorado Acueducto Río Colorado - Tijuana

• 97 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Lograr que el agua llegue hasta los hogares tijuanenses requiere de una conducción a través de aproximadamente 100 km de canales del Distrito de Riego del Valle de Mexicali y, posteriormente, por 140 km. de tubería pertenecientes al Acueducto Río Colorado-Tijuana. Esto implica el vencer más de mil metros de carga, cruzando la Sierra de La Rumorosa, ocasionando altos costos de operación, principalmente en energía eléctrica.

El suministro actual se compone de la siguiente forma:

Río Tijuana (pozos) Presa Abelardo L. Rodríguez Acueducto Río Colorado – Tijuana

0 170 L/s 0 050 L/s 3 120 L/s

3 340 L/s

El caudal de la presa pasa por la planta potabilizadora del mismo nombre; mientras que el caudal del acueducto se descarga en la presa El Carrizal, y de ésta a la Planta Potabilizadora El Florido. De ambas plantas, se conduce hacia los 120 tanques del sistema; entre ellos, los más importantes son los siguientes.

Principales tanques de regulación de agua potable en Tijuana, B.C. Tanque Capacidad ( m3 ) Año de Construcción Aguaje de la Tuna

25 000

1982

Cerro Colorado

20 000

1991

Tanque Otay

20 000

1992

A fin de iniciar la sectorización de la red de suministro de agua potable de Tijuana, se eligió una zona que presentara la mayor facilidad para su aislamiento y hacer entonces una comparación entre el volumen de abasto y la facturación correspondiente. De este modo, se crea en 1999 la conformación del sector piloto denominado Playas, bajo los siguientes criterios: • 98 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

„ „ „ „ „ „ „

Límites naturales Límites políticos Avenidas importantes Topografía Zonas de presión Compatibilidad de la micromedición y áreas de influencia Las menores alimentaciones posibles

Las características generales de este sector son: „

Área de 550 hectáreas

„

Abastecimiento del tanque Playas No. 2

„

9 000 conexiones, 95% residencial

„

Cobertura de micromedición de 90%

„

Nivel socioeconómico medio-alto

„

Área de influencia: Fracc. Playas y parte de L. Cárdenas

„

Fácil de seccionar

„

Interconexiones con distrito Rosarito

„

Antigüedad de red de 30 años

Sobre este sector piloto, se implementaron algunas acciones como la verificación del estado en que se encontraban los micro medidores y la sub-medición, el padrón de usuarios y el porcentaje de fugas visibles. En seguida, se iniciaron las actividades de localización y reparación de fugas no visibles. Algunos de los resultados que más destacan se describen enseguida: „

Tomas domiciliarias: Instalación 101 Desenterramiento* 45 Reubicación 104 Reposición de medidor 131 Reparación de fugas en cuadro 86 * Se encontraron algunas tomas subterráneas que no estaban registradas, ya sea en lotes baldíos o en viviendas que tenían doble toma.

• 99 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

„

Padrón de usuarios: Clandestinos Cambio de giro

„

87 18

Cobranza: Medidores invertidos

9

El balance de agua y el desglose de pérdidas físicas se indican en la tabla que se muestra a continuación.

Pérdidas físicas en el sector Playas Determinación de la pérdida mensual promedio de abril a diciembre de 1999 ( en m3/mes ) Producción Facturación Pérdidas

290 491 234 999 55 492

80,90 % 19,10 %

Los resultados obtenidos fueron alentadores, continuando con 6 sectores más en el año 2000, y de los que se reportan los niveles de pérdidas en cada uno de ellos, conforme la tabla siguiente.

Evolución del nivel de pérdidas en los sectores pioneros sector 1999 2000 2001 Playas Camino verde Libertad Rosarito Matamoros Panamericano Pacífico

• 100 •

19,1 -

19,5 33,1 28,8 36,1 15,2 52,6 8,5

19,5 17,0 34,5 32,0 19,2 47,6 6,2

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.35 Sectores hidrométricos actualmente desarrollados en la ciudad de Tijuana, B.C.

Sectores creados (22) en la ciudad de Tijuana (agosto de 2006) No. en No. en Nombre Creación Nombre el mapa el mapa

Creación

Playas

1

1999

Miramar

29

2001

Libertad

2

2000

Las Ferias

13

2002

Panamericano

7

2000

Obrera

18

2002

Matamoros

5

2000

San Luis-Zapata

33

2002

Camino Verde

4

2000

Florido-Villa

16

2002

Rosarito

3

2000

El Niño

34

2003

Pacifico

6

2000

Sánchez Taboada

10

2003

Buenos Aires

8

2001

Las Cruces

25

2003

Ped. Sta. Julia

9

2001

Florido-Industrial

28

2003

Cerro Col.-Azteca

12

2001

Rodriguez-Morelos

32

2004

Villafontana

15

2001

La Presa

17

2004

Los sectores que aun falta por instrumentar son 14, lo que representa un avance del 61% (respecto al número total de sectores).

• 101 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Algunos de los indicadores que pueden destacarse, producto de las acciones emprendidas, se muestran en forma gráfica a continuación; un mayor detalle de esta información puede consultarse libremente en la página de internet de la CESPT (www.cespt.gob.mx).

En la siguiente figura destaca, además, la variación en el consumo de los usuarios entre el verano y el invierno.

pérdidas físicas

Figura 4.36 Variación de la producción y la facturación de agua potable, y evolución de las pérdidas en el sistema de distribución de la ciudad de Tijuana, B.C. 14000 30 %

Reducción de pérdidas físicas

13000 12000 20 % 11000

Producción de agua potable

9000

3

volumen mensual ( m /mes )

10000 10 %

8000 7000 6000 5000 4000 1999

Facturación de agua potable 2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

año

* La reducción de pérdidas físicas está reportando simplemente el cociente entre el volumen facturado y el producido.

• 102 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

Figura 4.37 Explosión demográfica y población con servicio de agua potable, así como evolución del número de tomas registradas en el sistema de distribución de la ciudad de Tijuana, B.C. (con cifras estimadas y reportadas por la CESPT).

población (millones de habitantes)

1.8

Crecimiento demográfico 1.6

1.4

Población con servicio 1.2

1.0 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

año número de tomas registradas ( miles )

450

400

350

Tomas registradas 300

250 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

año

• 103 •

CONCLUSIONES

En el tema del uso eficiente del agua, muy de moda en la actualidad, se puede distraer la atención en una gran cantidad de recomendaciones de todo tipo, desde los accesorios modernos de alta tecnología en llaves y regaderas de los hogares, hasta los cambios de hábito entre los usuarios.

El mensaje que se pretende dar con este trabajo no va en contra de estas tendencias hacia el ahorro de un recurso tan preciado; pero sí se quiere hacer énfasis en la importancia de mejorar la eficiencia de los sistemas de distribución de agua potable y la sectorización como un medio para lograrlo, a fin de mejorar los resultados hasta ahora obtenidos y lograr un avance firme en la recuperación de agua, con la consecuente disminución en el suministro por parte de los operadores, o cuando menos diferir la explotación de nuevas fuentes de abastecimiento.

Se hace pues un llamado a los encargados de prestar los servicios, a fin de que se planifiquen las acciones que emprendan para la mejora de la eficiencia, destacando la importancia de controlar las presiones en la red de distribución como uno de los primeros pasos de la sectorización. Al no reconocerlo así, se cae en el riesgo de continuar abandonando programas de recuperación de caudales, pues es muy probable que el balance entre las inversiones y los resultados sea poco alentador.

• 105 •

SECTORIZACIÓN en redes de agua potable

En la búsqueda de mejores resultados, la capacitación y la transferencia de experiencias entre los organismos operadores es primordial. Por ello, se han incluido algunos ejemplos de los resultados obtenidos, y de los que recién inician estas labores.

Evidentemente, no es posible ni conveniente hacer una reseña exhaustiva de todos los casos hasta ahora documentados a nivel nacional o internacional; sin duda alguna existen una gran cantidad de experiencias que podrían incluirse, sin embargo, esto da pie, entre otras cosas, a publicar una posible segunda edición, corregida y ampliada, que pudiera permitir la mención de algunos de los muchos operadores que ya han experimentado y enfrentado los retos de la sectorización.

Se mencionan a continuación algunos casos que resaltan, ya sea por los años que han dedicado a la sectorización o por la decisión con la que han iniciado, a fin de orientar a quienes buscan información y asistencia técnica en el proceso, y puedan establecer contacto directo entre operadores.

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

León, Gto. Hermosillo, Son. Saltillo, Coah. Chetumal, QRoo. Tuxtla Gutiérrez, Chis.

Lo anterior no significa que la Subdirección General de Infraestructura Hidráulica Urbana, y específicamente la Gerencia de Estudios y Proyectos, de la Comisión Nacional del Agua, no tenga la absoluta disponibilidad de atender a todos aquellos que requieran el apoyo técnico necesario.

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REFERENCIAS

1. Estudios de Evaluación de pérdidas elaborados por la Comisión Nacional del Agua (CNA) y el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), 1994, México. 2. Capella Vizcaíno, A. Control de presiones y reducción de fugas en el sector Sta. Lucía 1, D.F. Informe de los resultados alcanzados, junio 2002, México. 3. Ochoa A., Leonel; Bourguett O., Víctor. Reducción integral de pérdidas de agua potable. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. México, 2001. 4. Instituto de Ingeniería, UNAM. Estudio de la problemática de las acciones de reducción de fugas en las redes de agua potable y propuesta para mejorar su eficiencia. Convenio de Colaboración CNA-SGIHU-GEP-001/2006, Proyecto 5125. México, 2005.

Internet www.cna.gob.mx www.ceaqueretaro.gob.mx www.sacm.df.gob.mx www.japay.yucatan.gob.mx www.sadm.gob.mx www.cespt.gob.mx

Comisión Nacional del Agua Comisión Estatal de Aguas en el estado de Querétaro Sistema de Aguas de la Ciudad de México Junta de Agua Potable y Alcantarillado de Yucatán Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tijuana • 107 •