Manual de Eficiencia Hidaulica.pdf

Manual de Incremento de Eficiencia Fsica, Hidrulica y Energtica en Sistemas de Agua Potable

Manual de Incremento de Eficiencia Fsica,

Hidrulica y Energtica en Sistemas de

Agua PotableComisin Nacional del Agua

Abril de 2012www.conagua.gob.mx

AdvertenciaSe autoriza la reproduccin sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente.Esta publicacin forma parte de los productos generados por la Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento de la Comisin Nacional del Agua.

Ttulo: Manual de Incremento de Eficiencia Fsica, Hidrulica y Energtica en Sistemas de Agua Potable

ISBN: 978-607-7908-68-5

Edicin 2012

Autor: Comisin Nacional del AguaInsurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El BajoC.P. 04340, Coyoacn, Mxico, D.F.Tel. (55) 5174-4000www.conagua.gob.mx

Editor: Secretara de Medio Ambiente y Recursos NaturalesBoulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaa, C.P 14210, Tlalpan, Mxico, D.F.

Algunas de las imgenes utilizadas dentro del documento fueron tomadas de diferentes publicaciones y/o pginas web, nicamente con fines ilustrativos y didcticos.

Agradecimientos:

En la preparacin de este Manual se tomaron como base el estado y operacin de las instalaciones de agua potable de diferentes organismos operadores de la Repblica Mexicana y las acciones que han realizado para lograr un incre-mento de eficiencia, as como la experiencia del personal de la Comisin Nacional del Agua que ha participado en el diseo, construccin y operacin de instalaciones electromecnicas en los sistemas de agua.

Comentarios:

Para comentarios del presente manual, favor de comunicarse a los siguientes correos y/o telfonos de la Gerencia de Fortalecimiento de Organismos Operadores:[email protected] y/o [email protected]: (55) 51744000 Ext. 1346, 1347 y 1844

Impreso en MxicoDistribucin gratuita. Prohibida su venta.Queda prohibido el uso para fines distintos al desarrollo social.

ContenidoManual de Incremento de Eficiencia Fsica, Hidrulica y Energtica

en Sistemas de Agua Potable

Presentacin Definiciones y simbologa Introduccin 1

Seccin 1 Generacin de datos bsicos 31.1 Recopilacin y anlisis de informacin 31.2 Campaa de medicin 7

1.2.1 Medicin de presiones en la red 91.2.2 Medicin de caudales suministrados 91.2.3 Medicin de variacin de la demanda de agua en la red 101.2.4 Medicin de errores de exactitud en macromedidores 111.2.5 Muestreo de consumos de cuota fija 111.2.6 Muestreo de errores de exactitud de micromedidores 131.2.7 Muestreo de ocurrencia de fugas 141.2.8 Levantamiento de cajas de vlvulas 171.2.9 Levantamientos topogrficos 191.2.10 Vinculacin de tomas domiciliarias 191.2.11 Medicin de parmetros elctricos e hidrulicos en equipos de bombeo 21

Seccin 2 Eficiencia fsica 342.1 Diagnstico de eficiencia fsica 34

2.1.1 Hoja de clculo, periodo de anlisis y unidad de medida 362.1.2 Tarea 1 Cuantificacin del suministro de agua 362.1.3 Tarea 2 Estimacin de consumos medidos autorizados 382.1.4 Tarea 3 Estimacin de consumos no-medidos autorizados 392.1.5 Tarea 4 Clculo de prdidas identificadas y eliminadas 402.1.6 Tarea 5 Estimacin de prdidas potenciales totales 432.1.7 Prdidas reducibles y acciones 442.1.8 Beneficios de la reduccin de fugas 452.1.9 Costo y tiempo de la reduccin y control de fugas 46

2.2 Proyecto de eficiencia fsica 472.2.1 Elaboracin de diagnstico de la situacin actual de fugas 482.2.2 Identificacin de causas que originan el estado actual de fugas 482.2.3 Diseo de medidas preventivas y facilitadoras de la reduccin y control de fugas 542.2.4 Definicin de acciones para la eliminacin intensiva de fugas para alcanzar un nivel aceptable 562.2.5 Diseo del programa permanente de control de fugas para mantener un nivel aceptable 612.2.6 Estimacin de costos, calendarizacin y esquema de financiamiento 63

Seccin 3 Eficiencia hidrulica 643.1 Diagnstico de eficiencia hidrulica 64

3.1.1 Consumo unitario de los usuarios 643.1.2 Dotacin 653.1.3 Continuidad del servicio de agua 653.1.4 Dficit entre el caudal de agua disponible en la red y el caudal de agua requerido por los usuarios 653.1.5 Presin media del agua en la red de distribucin 663.1.6 Elaboracin del diagnstico de eficiencia hidrulica 66

3.2 Proyecto de eficiencia hidrulica 763.2.1 Conformacin de sectores para redistribucin de caudales y presiones en la red 773.2.2 Elaboracin del modelo de simulacin hidrulica de la red 783.2.3 Anlisis hidrulico de la red sectorizada 813.2.4 Anlisis hidrulico de las conducciones para entrega de agua en bloque 853.2.5 Estrategias para la puesta en marcha del proyecto de sectorizacin 87

Seccin 4 Eficiencia energtica 924.1 Diagnstico de eficiencia energtica 92

4.1.1 Metodologa para elaborar un DEE 934.1.2 Diagnstico energtico de motores elctricos 944.1.3 Diagnstico de equipos de bombeo 984.1.4 Capacidad de sistemas de conduccin 1014.1.5 Anlisis del suministro elctrico 1034.1.6 Aplicacin de variadores de velocidad 1054.1.7 Aspectos de mantenimiento en las instalaciones electromecnicas a observar en el DEE 105

4.2 Proyecto de eficiencia energtica 1064.2.1 Metodologa para elaborar el proyecto de eficiencia energtica (PEE) y determinacin de medidas de ahorro 1064.2.2 Medidas de optimizacin del consumo energtico 1094.2.3 Medidas que reducen el costo energtico 1224.2.4 Elaboracin del reporte final del proyecto de eficiencia energtica 1234.2.5 Medidas de ahorro de energa complementarias 125

Seccin 5 Proyectos de eficiencia integral 1265.1 La evolucin de los enfoques de eficiencia fsica, hidrulica y energtica 1265.2 Estructura del proyecto de eficiencia integral 128

5.2.1 Trabajos preliminares 1295.2.2 Evaluacin fsica y generacin de datos bsicos 1305.2.3. Evaluacin de la disponibilidad de agua 1305.2.4 Desarrollo del proyecto de eficiencia hidrulica 1305.2.5 Elaboracin del proyecto de eficiencia energtica 1315.2.6 Clculo de indicadores de evaluacin 1325.2.7 Puesta en marcha de los sectores hidrulicos y reduccin de prdidas de agua 132

5.3 Medidas de ahorro de energa resultantes de la optimizacin de la operacin hidrulica 1325.3.1 Operacin fuera de hora punta de equipos de bombeo 1335.3.2 Cambio de condiciones de carga y gasto en equipos existentes 1365.3.3 Aplicacin de velocidad variable en equipos que inyectan directo a la red 138

5.3.4 Paro definitivo de equipos como resultado de un programa de reduccin de fugas 1415.3.5 Cuantificacin de ahorros de energa totales 142

Seccin 6 Indicadores de eficiencia 1446.1 Indicador energtico (IE) 1456.2 Indicador de costo unitario de energa (CUE) 1456.3 Indicador de eficiencia fsica (IEF) 1456.4 Dotacin promedio por habitante (D

p) 146

6.5 Indicador de continuidad en el servicio (ICS) 146

Anexos 147Anexo A Formatos para recopilacin de informacin y datos 147Anexo B Propiedades hidrulicas y medicin 158Anexo C Formato del balance de agua 160Anexo D Estructura tarifaria 161Anexo E Tablas y grficas de referencia electromecnica 165Anexo E.2 Clculos elctricos e hidrulicos 167

Bibliografa 175

PresentacinLa publicacin del presente Manual forma parte de los documentos que desarrolla la Comisin Nacional del Agua, a travs de la Gerencia de Fortalecimiento de Organismos Operadores de la Subdireccin General de Agua Potable Drenaje y Saneamiento, con el fin de apoyar a los organismos operadores a nivel nacional en su desarrollo tcnico y financiero tal y como lo estable-ce entre sus estrategias el Programa Nacional Hdrico 2007-2012.

Este Manual es parte del Programa de Mejoramiento de Eficiencias desarrollado por la Comisin Nacional del Agua que tiene como fin contribuir al fortalecimiento de los organismos operadores mediante el incremento de la eficiencia operativa, la recaudacin, el desarrollo de organismos operadores exitosos y la generalizacin del aprendizaje a otros organismos operadores que puedan aprovechar las experiencias. Asimismo, este Programa busca contribuir a la modernizacin del sector hidrulico, mediante la capacitacin y la asistencia tcnica al perso-nal de los organismos operadores. Esto mediante la pro-mocin de herramientas que permitan a los prestadores de los servicios hidrulicos identificar mejores prcticas para el incremento de su eficiencia que les ayude a contar con mayores recursos para la inversin en infraestructura y el desarrollo de tecnologas que les lleve a prestar un mejor servicio a la poblacin.

En este contexto, el objetivo principal del presente Manual es proveer de material tcnico y didctico que contribuya al incremento y control de la eficiencia de los sistemas de agua potable y saneamiento de Mxico, y proporcionar herramientas que permitan a los organis-mos operadores, entidades, empresas y profesionales afines, desarrollar proyectos que provoquen el ahorro de agua y de la energa elctrica.

Definiciones y simbologaLas definiciones, trminos y simbologa que se exhibe enseguida tienen por objeto proporcionar una idea co-mn entre los usuarios del Manual, de tal manera que todos manejen los mismos conceptos.

Definiciones

Aforo.- Medicin del caudal o gasto. Agua potable.- Lquido incoloro, inspido e inodoro que se puede encontrar en estado natural o ser producido a travs de un proceso de purificacin. Sirve para el con-sumo humano y animal. Bomba.- Mquina hidrulica que convierte la energa mecnica en energa de presin, transferida al agua. Caja de vlvulas.- Es una estructura hidrulica comple-mentaria donde se alojan cualquier tipo de vlvulas, ne-cesarias para la operacin de una red de agua potable o de agua tratada. Crcamo.- Es la estructura hidrulica complementaria del sistema hidrulico que sirve como almacenamiento provisional, para rebombear algn lquido de un nivel in-ferior a uno superior. Se emplea para el agua potable, agua tratada, drenaje sanitario y drenaje pluvial. Carga piezomtrica.- Es la suma de la relacin de la pre-sin entre el peso especfico del agua, ms la elevacin del conducto referenciada. Carga total de bombeo.- Es la suma algebrica de la carga de presin manomtrica medida a la descarga, corregida con la altura a la lnea de centros de la toma de seal de presin, el nivel dinmico, las prdidas por friccin en las tuberas de conduccin y la carga de ve-locidad. Carga de velocidad.- Es la energa cintica por unidad de peso del lquido en movimiento. Coeficiente de cortante.- Es el coeficiente de roza-miento del agua con las paredes de una tubera; depende del material con que est construido o recubierto, del dimetro de la tubera y de la velocidad del agua; con este parmetro se calculan las prdidas de energa en una conduccin de agua. Consumo de agua.- Volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades reales de los usuarios. Hay dife-rentes tipos de consumos los cuales son: domstico y no-domstico.

Corriente elctrica.- Es la intensidad de corriente que pasa a travs de un conductor con resistencia R y cuya tensin elctrica es V. Demanda.- Volumen total de agua requerido por una poblacin en un periodo de tiempo, para satisfacer to-dos los tipos de consumo, incluyendo las prdidas en el sistema. Distrito hidromtrico.- Seccin que se asla de la red, para realizar mediciones de consumo y hacer el balance de volmenes de agua. Dotacin.- Cantidad de agua potable asignada a cada habitante en un da medio anual, considerando su consu-mo, ms la parte proporcional de los servicios comercial e industrial, y de las prdidas fsicas que existen en el sistema de distribucin; su unidad es l/hab/da. Eficiencia del sistema de agua potable.- Capacidad de captar, conducir, regularizar, potabilizar y distribuir el agua, desde la fuente natural hasta los consumidores, con un servicio de calidad total. Error de exactitud.- Es el grado de aproximacin que tiene una medicin a un valor estndar o patrn. Factor de potencia.- Es la relacin entre la potencia activa y la potencia aparente y describe la relacin entre la potencia convertida en trabajo til y real y la potencia total consumida. Fuente de abastecimiento.- Sitio del cual se toma el agua para suministro en el sistema de distribucin. Fugas.- Escape fsico de agua en una red de tuberas de agua potable. Fugas latentes.- Fugas que permanecen en la red de distribucin y que por su magnitud, no pueden ser de-tectadas y reparadas. Gasto, Caudal.- Volumen de agua medido en una uni-dad de tiempo; generalmente se expresa en litros por segundo. Gasto unitario.- Gasto requerido por una unidad. Gasto medio diario.- Es el gasto requerido para satisfa-cer las necesidades de una poblacin en un da de con-sumo promedio. Gasto mximo diario.- Es el gasto requerido para sa-tisfacer las necesidades de una poblacin en el da de consumo promedio mximo anual. Gasto mximo horario.- Es el gasto requerido para sa-tisfacer las necesidades de una poblacin en el da y a la hora de mximo consumo promedio anual. Lnea de conduccin.- Elemento que sirve para trans-

portar el agua de un lugar a otro de forma continua, pu-diendo funcionar a presin o a superficie libre. Nivel a centros de manmetro.- Es la distancia vertical entre el nivel de referencia y la posicin del manmetro usado para medir las cargas de presin tanto en la suc-cin como en la descarga. Nivel de referencia.- Es el nivel seleccionado como re-ferencia para todas las mediciones hidrulicas, normal-mente el plano inferior de la placa base de montaje del equipo de bombeo. Nivel de succin.- Es la distancia vertical desde el nivel de referencia hasta la superficie del agua cuando se en-cuentra en operacin el equipo de bombeo. Prdida de agua.- Volumen de agua que entra en el sistema de distribucin de agua, que no es consumido, medido y facturado. Periodo de proyecto.- Tiempo para el cual se disea el sistema. Es el periodo en que se estima que la obra o elemento del proyecto alcanza su mxima eficiencia. Depende de la situacin financiera y de las caractersti-cas constructivas de la obra. Poblacin de proyecto.- Es el nmero de habitantes de un fraccionamiento, o localidad, que har uso de una obra hidrulica en el final del periodo de diseo. Potencia activa.- Es la potencia consumida por un mo-tor elctrico que se convierte en trabajo til. Potencia aparente.- Es la suma de las potencias activa y reactiva o el producto de la corriente y la tensin elc-trica (voltaje). Potencia elctrica .- Es la potencia de entrada en watts que requiere el motor elctrico acoplado a la bomba y en operacin normal. Potencia reactiva.- Es la potencia consumida por un motor elctrico para generar el campo magntico nece-sario para su funcionamiento. En el tringulo de poten-cias formado por las 3 potencias mencionadas, el cateto opuesto es la potencia reactiva, el cateto adyacente es la potencia activa y la hipotenusa es la potencia aparente. El ngulo es el formado entre la potencia aparente y la potencia activa y el factor de potencia es el Cos. Red de distribucin.- Sistema de tubos que conduce el agua potable para el consumo de los usuarios. Sectorizacin.- Separacin de la red de distribucin en zonas aisladas fsicamente entre ellas, con su propia fuente de suministro de agua. Tanque de regulacin.- Depsito que tienen por obje-

to transformar un gasto, normalmente constante, a otro gasto variable segn la demanda. Tensin elctrica.-Diferencia de potencial medida entre dos puntos de un circuito. Toma domiciliaria.- Instalacin hidrulica conectada a la red de agua potable, que sirve para entregar el agua a los usuarios dentro del predio. Vlvula.- Dispositivo mecnico que se emplea para de-tener o controlar un flujo de agua en tuberas a presin. Vida til.- Es el tiempo en el cual se estima que la obra o elemento del proyecto funciona adecuadamente.

Simbologa

Los siguientes smbolos se utilizan en el Manual:

A = rea (m2, cm2)A$ = Ahorro econmico anual que se obtendr

con la implementacin del variador ($/ao)APph

p = Potencia elctrica a ahorrar en hora punta (kW)

C = Consumo C

d = Consumo total domstico diario (l/da)

CECF

= Consumo de agua por error de cuota fija en el periodo del balance de agua (m3)

Capo

= Capacidad requerida del capacitorCu = Consumo unitarioCu

cf = Consumo unitario de cuota fija asignado

(m3/mes)Cu

d = Consumo unitario domstico (l/hab/da)

Cuglobal

= Consumo unitario global (m3/toma/mes)Cu

nd = Consumo unitario no-domstico

Cut

= Consumo unitario de cada toma i de la muestra (m3/toma/mes)

CP = Caballos de potencia (H.P.)CEP = Es el costo unitario de la energa de punta

segn la regin tarifariaCUE = Costo unitario de la energa ($/kWh)CVMD = Coeficiente de variacin mxima diariaCVMH = Coeficiente de variacin mxima horaria

Di

= Dimetro de tubera (m) D

r-m = Distancia del nivel de referencia a manme-tro (m)

Defsar

= Dficit promedio en el caudal de agua dis-

ponible en la red y el caudal de agua requeri-do por los usuarios ( %)

Dem = DemandaDem

fa = Es la demanda facturable promedio actual

Dempa

= Es la demanda mxima en punta promedioDem

ia = Es la demanda mxima en intermedio pro-medio

Demba

= Es la demanda mxima en base promedioDem

pia = Es la demanda mxima en punta e interme-dio promedio

DesbV

= Desbalance de voltaje (volts)Dot = Dotacin (l/hab/da)Dot

req = Dotacin actual requerida para satisfacer

adecuadamente a los usuarios (l/hab/da)

Err = Error, Error de exactitud (%)Err

c = Error esperado en la estimacin del consu-mo unitario (m3/toma/mes)

Errcucf

= Error de consumo unitario en cuota fija (%)

Errfv

= Error esperado en la estimacin en cajas con fugas

Errft

= Error esperado en la estimacin de fugas en tomas

Errm

= Error de exactitud del micromedidor (%)Err

mic = Error esperado en la estimacin de error en micromedidores (%)

Errq

= Error esperado en la estimacin del cau-dal unitario de fugas en tomas domiciliarias (ml/s)

Errqv

= Error esperado en la estimacin del caudal unitario de fugas en cajas de vlvulas (ml/s)

EEc

= Energa elctrica consumida en el periodo de medicin

EEpe

= Energa consumida en punta esperada (kWh/ao)

EEpa

= Energa consumida en punta actual (kWh/ao)

FC = Factor de carga de operacin del motor (adimensional)

FP = Factor de potencia

g = Aceleracin de la gravedad (m/s )

H = Carga (m)

Hb

= Carga hidrulica de bombeo (m)H

d = Carga de presin en la descarga (m)

Hp

= Carga dinmica total para el sistema de bombeo propuesto a parar en hora punta (m)

Hs

= Carga de presin de succin (m)H

t = Carga total (m)

Hv

= Carga de velocidad (m)h = Prdidash

cu = Prdidas en el cobre a tensin nominal (kW)

hFe

= Prdidas en el fierro a tensin nominal (kW)h

f = Prdidas de carga hidrulica por cortante (m)

hfc

= Prdidas de carga hidrulica por friccin en colunma (m)

hfs

= Prdidas de carga hidrulica por efecto del cortante ms las prdidas equivalentes por accesorios en la tubera de succin (m)

hfta

= Prdidas por cortante en la tubera actual (m)h

ftp = Prdidas por cortante en la tubera pro-puesta (m)

hjoule

= Prdidas por efecto joule (Watts)h

v = Prdidas de carga de velocidad (m)

hrri

= Hora de registro de la lectura ihr

serv, i = Horas de continuidad del servicio de agua potable de una zona de servicio de la red

hrserv

= Horas promedio de continuidad del servicio de agua de un sistema de agua potable

htot

= Prdidas totales (kW)

I = Corriente elctrica (Amp)Icond

= Corriente circulando en el conductor (Amp)Itt

= Corriente elctrica trifsica total (Amp)

Longc

= Longitud total del conductor (m)Long

r = Longitud total de las tuberas de la red de distribucin (km)

Longt

= Suma de las longitudes de todas las tomas domiciliarias (km)

m = Nmero total de captaciones en el sistema de agua potable

mt = Nmero total de tanques en el sistema de agua potable

Nr = Nivel de referenciaND = Nivel dinmico (m)ND

s = Nivel dinmico de succin de la bomba (m)

n = Nmero de revoluciones por minuto (rpm, RPM)n

c = Nmero total de captaciones en el sistema de agua potable

nf

= Nmero de fugas reparadasn

hab = Nmero de habitantes servidos de la loca-lidad

np

= Nmero de puntos de medicin de presinn

serv = Nmero de habitantes servidos en el siste-ma de agua potable

nt

= Nmero total de tomas domiciliarias regis-tradas

ntanq

= Nmero total de tanques en el sistema de agua potable

nz

= Nmero total de zonas de servicio de agua potable en una red

na = Tamao de la muestra de usuarios con re-gistros histricos en su micromedidor

nac

= Tamao de la muestra para evaluar consu-mos unitarios

namic

= Tamao de muestra para evaluar error de exactitud en micromedidores

p = Presin (kg/cm2)p

d = Presin de operacin en la descarga

(kg/cm2) p

j = Presin en el jsimo punto de medicin en

campo (kg/cm2)p

mr = Presin media del agua en la red de distri-

bucin (kg/cm2)p

med = Presin media en la red de distribucin (m.c.a.)

pop

= Presin ptima de operacin (kg/cm2)p

r = Presin registrada en el monitoreo

(kg/cm2)p

s = Presin de operacin en la succin

(kg/cm2)P = Potencia (kW)P

a = Potencia activa (kW)

Pact

= Potencia activa medida (kW)P

e = Potencia elctrica (kW)

Pedm

= Potencia elctrica demandada por el mo-tor (kW)

Pemb

= Potencia elctrica que demanda el conjun-to motor-bomba actualmente (kW)

Pei

= Potencia elctrica registrado en la lectura i

Pep

= Potencia elctrica del sistema de bombeo propuesto a parar en hora punta (kW)

Ph

= Potencia hidrulica (kW)P

m = Potencia mecnica (kW)

Pmb

= Potencia mecnica absorbida por la bomba (HP)

Pn

= Potencia nominal del transformador en evaluacin (kVA)

Pr

= Potencia reactiva medida (kVar)P

s = Potencia de salida de la bomba (kW)

Prt

= Potencia real considerando todas las car-gas alimentadas por el transformador (kW)

Ptransf

= Potencia elctrica que demanda el trans-formador actualmente (kW)

Perbal

= Periodo de anlisis del balance (das)Per

ri = Periodo de recuperacin de la inversin (aos)

%ft

= Porcentaje de ocurrencia de fugas en to-mas domiciliarias, preestimado (%)

%fugas

= Porcentaje de fugas potenciales en el siste-ma de distribucin (%)

%fv

= Porcentaje preestimado de ocurrencia de fugas en cajas de vlvulas (%)

%mic

= Porcentaje preestimado de micromedido-res que tienen un error de exactitud fuera del lmite mximo admisible (2 %)

%z,i

= Porcentaje de cobertura de red o tomas domiciliarias de una zona de servicio de la red (%)

Q = Caudal, Flujo Gasto (l/s, m3/s)Q

al = Caudal unitario de fuga (l/s)

Qbomba

= Gasto de la bomba (mt/s)Q

f = Caudal promedio de fugas (mml/s)

Qm

= Caudal medio registrado en el equipo por-ttil (l/s)

Qmed

= Gasto medido (l/s)Q

medidor = Gasto instantneo registrado en el macro-medidor instalado (l/s)

Qmedreq

= Gasto medio requerido actual (l/s)Q

p = Gasto especificado para el sistema de bom-beo propuesto a parar en hora punta (m3/s)

Qpatrn

= Gasto instantneo registrado en el medi-dor porttil (l/s)

Qreq

= Gasto requerido (l/s)

Qreq,i

= Caudal requerido por los usuarios en una zona de servicio, i (l/s)

Qs,i

= Caudal de agua suministrado a la red de una zona de servicio, i (l/s)

Qt s = Caudal total suministrado a toda la red de distribucin (l/s)

Qv , qv = Flujo volumtrico (m3/s)

R = ResistenciaR

c = Resistencia del conductor ( )

Ru

= Resistencia real del conductor ( /m)

S = Desviacin estndarS

c = Desviacin estndar del consumo unitario histrico en usuarios con micromedidor

(m3/toma/mes)S

qi = Desviacin estndar del gasto de fuga en tomas domiciliarias (ml/s)

Sqv

= Desviacin estndar del gasto de fuga en cajas de vlvulas (ml/s)

t = Tiempo de operacin del sistema (das)t

f = Tiempo promedio de permanencia de las fugas, desde el inicio del periodo del balance de agua hasta ser reparada (das)

tOA

= Tiempo de operacin anual de la capta-cin (h/ao)

UMF = Umbral mnimo de fugas (referencia pti-ma) (m3/toma/da)

V = Tensin elctrica trifsica (volts)V

an = Tensin de la fase A (volts)

Vbn

= Tensin de la fase B (volts)V

cn = Tensin de la fase C (volts)

Vprom

= Tensin promedio entre fases (volts)VIF = Indicador del volumen de fugas (m3/toma/da)Vol

A = Volumen de ajuste por almacenamiento (m3)

Volajtot

= Volumen de consumo de agua ajustado to-tal (m3)

Volconsumido

= Volumen de agua consumida, medida o no que reciben los usuarios en sus tomas (m3)

Volepp

= Volumen estimado de prdidas potenciales totales (m3)

Voleprp

= Volumen estimado de prdidas reales po-tenciales (m3)

Volestap

= Volumen estimado total de agua produ-cida (m3/ao)

Volfat

=Volumen actual de fugas potencial total (m3)Vol

fcv = Volumen de fugas en cajas de vlvulas (m3)

Volfp

= Volumen de consumo de agua ajustado para el final del periodo (m3)

Volfpl

= Volumen de fugas que permanecern la-tentes (m3)

Volfr

= Volumen de fugas reparadas (m3)Vol

fr20% = Volumen de fugas reducibles al 20% (m3)

Volft

= Volumen final en el tanque j (m3)Vol

ftd = Volumen de fugas en tomas domiciliarias

(m3)Vol

if = Volumen de fugas en el sistema (m3)

Volip

= Volumen de consumo de agua ajustado para el inicio del periodo (m3)

Volit

= Volumen inicial en el tanque j (m3)Vol

map = Volumen de consumo de agua contabili-zado en el mes anterior al periodo (m3)

Volmasc

= Volumen consumido medido total autori-zado sin corregir (m3)

Volmicr

= Volumen de agua registrado por el micro-medidor (l)

VolPatrn

= Volumen registrado en un recipiente cer-tificado (l)

Volperidel

= Volumen de prdidas totales identifica-das y eliminadas (m3)

Volperftd

= Volumen de agua perdido por fugas en tomas domiciliarias (l)

Volpft

= Volumen de agua perdido por fugas en tuberas principales y secundarias (m3)

Volsc

= Volumen suministrado al sistema en un ao corregido (m3)

Volsuministrado

= Volumen de agua suministrada a la red (m3)

Volsumacorr

= Volumen de suministro total de agua co-rregido (m3)

Volnma

= Volumen consumido total no medido au-torizado (m3)

Volucf

= Volumen consumo de agua usuarios con cuota fija en el periodo del balance de agua sin corregir (m3)

Volump

= Volumen de consumo de agua contabili-zado en el ltimo mes del periodo (m3)

Zc

= Valor de la abscisa de la curva de probabi-lidad normal estandarizada (1.96 para nivel de confianza del 95%)

= Incremento o disminucin = Densidad del agua bombeada (kg/m3) = Eficiencia de la bomba (%) = Eficiencia electromecnica del conjunto

motor bomba (%) = Eficiencia fsica (%) = Eficiencia del motor (%) = Eficiencia electromecnica para el sistema

de bombeo propuesto a parar en hora pun-ta (%)

= Eficiencia del transformador (%)

1Manual de Incremento de Eficiencia Fsica, Hidrulica y Energtica en Sistemas de Agua Potable

IntroduccinLa eficiencia de un sistema de abastecimiento de agua potable a ciudades se asocia con el proceso de captar, conducir, regularizar, potabilizar y distribuir el agua, des-de la fuente natural hasta los consumidores, con un ser-vicio de calidad total. En este contexto de la eficiencia se identifican tres escenarios: a) El de la ingeniera del sistema de abastecimiento, b) El de la comercializacin de los servicios de agua potable, y c) El del desarrollo institucional del organismo operador (Ochoa, 2005).1

Desde esta perspectiva, un sistema hidrulico para el abastecimiento de agua potable deja de ser eficiente cuando comienza a utilizar excesivos recursos humanos, materiales y econmicos dentro de estos tres escenarios, para prestar el servicio de calidad a los usuarios de una poblacin.

En las actividades del escenario del desarrollo institu-cional del organismo operador de agua potable se des-atienden las eficiencias en la autonoma organizativa, el liderazgo de su personal directivo, la administracin del

1 Ochoa L., 2005, Planeacin de acciones de incremento y control de la eficiencia en sistemas de agua potable, Subdireccin General de Infraestructura Hidrulica Urbana e Industrial, CONAGUA, Mxico.

personal, la orientacin financiera, los esquemas orien-tados hacia el consumidor, la capacidad tcnica del per-sonal, la capacitacin del personal y la interaccin con instituciones externas. El resultado de esta desatencin son el resquebrajamiento financiero e institucional del organismo operador, bajos niveles de preparacin tcni-ca del personal, desorden en la administracin gerencial, excesivo nmero de empleados, entre otros.

En el caso de las actividades del escenario de comer-cializacin del servicio, se desatienden las eficiencias de las reas de facturacin, cobranza, contabilidad, padrn de usuarios, estimacin de consumos, tarifas, control de suministros, comunicacin social y comunicacin y transporte. Derivado de esta desatencin, surgen los problemas de usos clandestinos, baja cobertura de mi-cromedicin, usos mal clasificados e identificados, car-tera vencida importante, esquemas tarifarios lejos de la realidad, altos consumos de materiales y equipos, y una comunicacin con el usuario deteriorada impactando en baja cultura del agua de la sociedad.

Figura 1.1 Esquema de eficiencia de un sistema de agua potable

Comercializacin del servicio

Eficiencia

Fsica Hidrulica Energtica Calidad del agua

Eficiencia

Facturacin Cobranza Contabilidad Padrn de usuarios Estimacin de consumos Tarifas Control de suministros Comunicacin y transporte Comunicacin social

Eficiencia

Autonoma organizada Liderazgo Administracin de personal Orientacin nanciera Orientacin al consumidor Capacidad tcnica Formacin de personal Interaccin con institucio-nes externas

Eficiencia total de la calidad del servicio de agua potable

Ingeniera de producciny distribucin

Desarrollo Institucional

2 Manual de Incremento de Eficiencia Fsica, Hidrulica y Energtica en Sistemas de Agua Potable

Por ltimo, en las actividades del escenario de inge-niera de produccin y distribucin, se descuidan las eficiencias de la condicin hidrulica del sistema, de la hermeticidad de la red e infraestructura, de los siste-mas de bombeo e instalaciones electromecnicas, y de la calidad del agua que se proporciona. Los descuidos de estas actividades de ingeniera ocasionan servicios discontinuos del agua a los usuarios (tandeos), entrega de agua a los consumidores con bajas presiones, niveles de fugas de agua que llegan a alcanzar hasta el 50% del volumen suministrado, agua no potable en las to-mas domiciliarias, y excesivos consumos de energa en los equipos de bombeo con implicaciones econmicas hasta del 35% de los ingresos del organismo operador.

Estos tres escenarios mencionados reflejan la comple-jidad que afronta un organismo operador para mante-nerse en un nivel de eficiencia aceptable, por lo que des-de hace varios aos se han derivado programas federales de inversin, para atender el problema de la eficiencia de sistemas de agua potable. Entre ellos se encuentra el denominado Programa de Asistencia Tcnica para la Mejora de la Eficiencia del Sector de Agua Potable y Sa-neamiento (PATME), dentro del cual se ha enmarcado la elaboracin del presente Manual.

Este Manual aborda la eficiencia en el escenario de in-geniera de produccin y distribucin, en particular las eficiencias fsica, hidrulica y energtica, desde la pers-pectiva que prevalece actualmente en los sistemas hi-drulicos de agua potable del pas y considerando que las aplicaciones y acciones proyectadas tienen la esencia siguiente: Estn basadas en informacin y datos disponibles, ge-

nerando un mnimo de datos complementarios. Aprovechan al mximo la infraestructura existente. Arrojan soluciones prcticas, econmicas y de implan-

tacin en el corto plazo. Los resultados garantizan una mejor calidad del servi-

cio de agua a los usuarios (tendencia a obtener cero tandeos).

Fomentan el ahorro de agua y energa para el organis-mo operador.La razn principal del presente Manual es transferir

los procedimientos clave para elaborar proyectos de efi-ciencia a los tcnicos involucrados en tareas afines, con el fin de que puedan replicarlos en cualquier poblacin de Mxico.

Con la intencin de facilitar su comprensin, el Ma-nual se ha estructurado en seis secciones, un apndice y varios anexos.

La primera seccin trata sobre la informacin a reco-pilar en el sistema de agua potable y el organismo opera-dor, para elaborar un diagnstico y proyecto de eficiencia. Tambin, se muestran los mtodos de medicin en campo que son necesarios para completar los datos bsicos.

En la segunda seccin del Manual se presentan los procesos que deben tomarse en cuenta para realizar un proyecto de eficiencia fsica del sistema de abasteci-miento de agua potable, orientado por un lado, a elimi-nar las fugas de agua y, por otro, a controlar el nivel de fugas alcanzado.

En la seccin tres se describen los elementos necesa-rios para realizar un proyecto de eficiencia hidrulica de la red de distribucin de agua potable. Especficamente, se promueve la redistribucin de caudales y presiones en la red, con base en un esquema de sectorizacin, apoyan-do su diseo en un modelo de simulacin hidrulica, que contenga a detalle todos los tramos de tuberas, vlvulas, tanques, rebombeos, pozos y tanques de regulacin.

El proyecto de eficiencia energtica se expone en la seccin cuatro, donde se incluyen acciones del lado del suministro, con la intencin de que se obtengan ahorros de energa en forma inmediata, utilizando equipos de alta eficiencia, adecuacin de tarifas, aumento del factor de potencia y administracin de la demanda en hora punta.

En la seccin cinco se muestra una propuesta para in-crementar en forma integral la eficiencia fsica, hidruli-ca y energtica, con el fin de multiplicar los ahorros de agua y energa en un sistema de agua potable. Se aborda en forma conjunta los mtodos para implementar accio-nes de ahorro de energa del lado del suministro y de-manda, planteada para aplicarse en el mediano plazo en combinacin con el incremento de las eficiencias fsica e hidrulica del sistema de agua potable.

En la seccin seis se muestran los principales indicado-res de evaluacin que se recomienda aplicar para deter-minar la eficiencia de los sistemas de agua potable en el escenario de la ingeniera de produccin y distribucin.

Finalmente, se incluye una serie de anexos, cuya in-tencin es proporcionar ayuda adicional para fortalecer los procedimientos del Manual.


La generacin de datos bsicos se realiza de dos maneras: a) Recopilando y analizando la informacin del organis-mo operador y, b) Mediante una campaa de medicin.

1.1 Recopilacin y anlisis de informacin

La informacin que se recopila en el organismo operador se muestra en la tabla 1.1.

rea Fuente de informacin Informacin a recopilar Observaciones

General

Padrn de usuarios

Nmero de tomas domiciliariasClasificadas por tipo de uso, con y sin medidor

Nmero de tomas por colonia Domsticas y No-domsticasNmero de tomas por clase socioeconmica

Clase popular, media y residencial

Nmero de tomas por ruta de lectura Domsticas y No-domsticas

Relacin y estudios de factibilidades

Cobertura de la red y del servicio En porcentaje de rea y de habitantes

Zonas de crecimiento de poblacinColonias o fraccionamientos en proceso, con nmero de tomas

Oficinas gubernamentales

ClimaTemperatura media anual, mxima, mnima; precipitacin media anual

ndice de hacinamientoNmero de personas por vivienda o toma domiciliaria domstica

Poblacin histricaDe los ltimos tres censos y conteos nacionales

Planos de traza de calles, colonias y nombres

Georeferenciado, con escala real e imagen satelital

Tabla 1.1.A Informacin general a recopilar del organismo operador

Seccin 1 Generacin de datos bsicos



Tcnica

Estadsticas de produccin

Volmenes suministrados al sistema

Resumen mensual, mnimo un ao histrico

Caudales producidos en las captaciones

Medios anuales, mximos diarios y mximos horarios, para poca de verano e invierno en climas extremosos

Caractersticas de los macromedidores instalados en puntos de suministro

Tipo, modelo, fecha de instalacin y calibracin, dimetro

Archivos digitales y mapotecas

Planos de la red de agua potable

A escala real, georeferenciados, con dimetros, materiales, rugosidades y longitudes de tuberas, cotas topogrficas en cruceros y tipos, ubicacin de pozos, rebombeos y tanques, vlvulas; preferentemente en formato AutoCad o ArcView

Planos de perfiles de conducciones

Con indicaciones de cambio de dimetro y material; ubicacin de vlvulas de aire y desfogue

Tabla 1.1.B Informacin a recopilar del rea tcnica del organismo operador



Tcnica

Archivos digitales y mapotecas

Planos de topografa

En planta con curvas de nivel a cada 0.5 metros en terreno muy accidentado y a cada 2 metros en superficies planas; preferentemente en formato AutoCad o ArcView

Proyectos ejecutivos anteriores

Se pueden obtener datos adicionales de planos y mediciones

Planos de lotificacin y predios

Preferentemente en formato AutoCad o ArcView

Croquis de detalle de fontanera

De rebombeos, tren de descarga de pozos, tanques de regulacin; con simbologa oficial CONAGUA

Estadsticas de mantenimiento

Ocurrencia histrica de fugas

Fugas registradas en un ao histrico, ocurridas en tomas domiciliarias, tuberas, red y vlvulas; reportadas y reparadas mensualmente, tipos de falla, caudales unitarios vs presin, y tiempos de reparacin


Comercial

Facturacin

Consumos de agua por tipo de usuario

Volmenes mensuales histricos de un ao, por tipo de usuario, por colonia o rutas de lectura, para cuota fija y servicio medido

Polticas de facturacin y cobro

Usuarios exentos de pago, usos pblicos, escuelas, hoteles y usuarios con cuota fija, usos irregulares y clandestinos

Estadsticas de Mantenimiento

Caractersticas de micromedidores

Tipos y modelos de aparatos, coberturas geogrficas, errores histricos de exactitud, ocurrencia y tiempo de sustitucin

Tabla 1.1.C Informacin a recopilar del rea comercial del organismo operador

Tabla 1.1.B Informacin a recopilar del rea tcnica del organismo operador


reaFuente de

informacinInformacin a

recopilarObservaciones

Operativa (energtica)

Facturacin de energa elctrica

Datos generales del suministro elctrico

Nombre de la compaa elctrica que proporciona el servicio, tensin, tarifa por equipo de bombeo, historial mensual de facturacin en un ao (demanda mxima, consumo de kilowatts hora, factor de potencia), horarios de operacin

Planos, inventario de equipos y recorrido de campo

Infraestructura elctrica

Diagrama unifilar (calibre, protecciones, transformadores, motores, capacitores y generadores); acometida (tipo, elemento desconectador, apartarrayos, fusibles); subestacin elctrica (tipo, nmero de transformadores, sistema de tierras); transformadores (identificacin, tipo, capacidad nominal, relacin de transformacin, antigedad); capacitores (ubicacin, capacidad, tipo de banco, elemento desconectador, estado); arrancador (tipo, capacidad); conductores elctricos (nmero de hilos, longitud, calibre, material, tipo de aislamiento); motor elctrico (marca, tipo, capacidad, tensin de suministro, corriente nominal, nmero de polos, velocidad a plena carga, factor de servicio, eficiencia nominal, antigedad, nmero de rebobinados, temperatura)

Infraestructura mecnico-hidrulica

Bombas (identificacin, marca, tipo, modelo, material de carcaza, material del impulsor, caudal de diseo, carga de diseo, eficiencia de diseo); succin (nivel dinmico en acufero y crcamo); caractersticas del tren de descarga, historial de niveles dinmicos en un ao; caractersticas de la operacin; condiciones de succin y descarga; destino del fluido bombeado y operacin

Mantenimiento

Bitcoras de mantenimiento Programas institucionales

Registro histrico y reciente de actividades, reparaciones a motores y bombas, registro de monitoreo de variables

Tabla 1.1.D Informacin a recopilar del rea operativa del organismo operador


Es conveniente que la informacin se encuentre ac-tualizada y de preferencia en formato digital. Se reco-mienda verificar su grado de confiabilidad y efectuar recorridos de campo para cotejarla y ratificarla. Tam-bin es conveniente recurrir a bases de datos alternas, tales como el sistema satelital Google Earth y otras fuentes de internet y la informacin que proporcionan entidades federales, estatales y municipales, tales como la Comisin Nacional del Agua (CONAGUA), Instituto de Nacional de Estadstica, Geografa e Informtica (INEGI),

Campaa de medicin

Actividad Objetivo Equipo y herramientas

Hidrulica

Medicin de presiones en la red

Ajustar el modelo de simulacin hidrulica de la red y definir zonas crticas de alta y baja presin

Manmetro porttil tipo Bourdon, con conexin para toma domiciliaria

Medicin de caudales suministrados

Efectuar balances de agua y volumtrico, y ajustar modelo de simulacin hidrulica

Medidor ultrasnico o electromagntico porttil

Medicin de variacin de la demanda de agua en la red

Obtener curva tpica de variacin de la demanda y coeficientes de variacin horaria

Medidor ultrasnico o electromagntico porttil con data-logger

Medicin de errores de exactitud en macromedidores

Corregir los datos de volmenes producidos y suministrados

Medidor ultrasnico o electromagntico certificado

Muestreo de consumos de cuota fija

Estimar volumen unitario de consumo mensual y ajustar balance de agua y dotaciones

Formatos de campo

Tabla 1.2 Descripcin de la campaa de medicin

rea Fuente de informacin Informacin por recopilar Observaciones

Institucional Informes ejecutivos

Indicadores de gestinIndicadores de eficiencia fsica, hidrulica y energtica, evolucin histrica en un ao, impactos, beneficios y costos

Planes maestros y de factibilidad

Programas proyectados, inversiones a corto y largo plazo, proyectos de eficiencia en desarrollo, metas anualizadas

Organigrama de la institucin

Describir funciones, personal e interrelacin con otras reas

Programas interinstitucionales

Programas de eficiencia que se estn ejecutando con recursos aportados por CONAGUA, entidades estatales y municipales

Tabla 1.1.E Informacin a recopilar del rea institucional del organismo operador

Comisiones Estatales de Agua, etc. En el anexo A del presente Manual se presentan varios formatos para faci-litar la recopilacin de informacin.

1.2 Campaa de medicin

La campaa de medicin est dividida en la recopilacin de datos hidrulicos y en trabajos electromecnicos en equipos de bombeo, como se muestra en la tabla 1. 2.


Campaa de medicin

Actividad Objetivo Equipo y herramientas

Hidrulica

Muestreo de errores de exactitud de micromedidores

Ajustar volumen medido facturado en el balance de agua y estimar el estado de exactitud de micromedidores

Bote de 20 litros certificado

Muestreo de ocurrencia de fugas

Estimar el caudal unitario de fugas, zonas y porcentajes de ocurrencia y tipos de fallas, para el balance de agua y el programa de control de fugas

Formatos de campo, bote calibrado y cronmetro

Levantamiento de cajas de vlvulas

Detallar planos de la red, evaluar el estado de las cajas y detectar fugas

Herramientas para destapar cajas y formatos de campo

Levantamientos topogrficos

Determinar cotas de cruceros de la red y perfiles de lneas de conduccin

Estacin total, niveles, sistema de posicionamiento global (GPS), software AutoCad

Vinculacin de tomas domiciliarias

Actualizar padrn de usuarios y verificar usos del agua

Formatos de campo, Sistema de Informacin Geogrfico (SIG)

Electromecnica en equipos de bombeo

Medicin de parmetros elctricos

Determinar potencia de operacin y calcular eficiencia

Analizador de potencia de redes elctricas o equipos de medicin (Voltmetro, Ampermetro, etc.)

Medicin de caudal de descarga en bombas

Determinar el caudal de operacin del equipo

Medidor de gasto ultrasnico o electromagntico

Medicin de presiones en descarga y succin

Obtener carga de operacin del equipo

Manmetro porttil tipo Bourdon

Definicin de niveles de referencia en bombeos

Obtener carga de operacin y prdidas de carga hidrulica

Sonda elctrica, cinta mtrica, etc.

Enseguida se detallan algunas recomendaciones im-portantes para efectuar las mediciones, obtener mejores

resultados en el registro de datos, y evitar costos y tiem-pos excesivos.


No existe una base terica especfica para determinar el nmero de puntos de medicin de presiones en la red, puesto que depende de la extensin de la ciudad. Sin embargo, con base en la experiencia y con el fin de tener una cobertura adecuada de medicin para los fines de un buen diagnstico y ajuste del modelo de simulacin hidrulica del sistema de abastecimiento de agua, se re-comienda realizar del orden de un punto de medicin de presin por cada 270 tomas domiciliarias registradas.

La ubicacin de los puntos de medicin de presiones se establece dibujando el plano de la red en ejes cartesianos y situando las coordenadas de cada punto de medicin mediante nmeros aleatorios simples en ambos ejes.

Por cuestiones prcticas y de seguridad, la medicin de presiones se realiza durante el da, que es la condicin de presiones bajas en la red. Por lo tanto, para efectos de ajuste del modelo de simulacin hidrulica e interpre-tacin de ocurrencia de fugas, es conveniente anotar la hora y el da en que es realizada la medicin de presin en cada punto. De cualquier manera, de acuerdo a las

posibilidades, debe considerarse la factibilidad de reali-zar mediciones de presin en horarios nocturnos.

Con respecto a los manmetros, ser necesario adqui-rir aparatos que tengan las escalas apropiadas a las pre-siones esperadas de la red.

1.2.2 Medicin de caudales suministrados

La medicin de caudales se realiza en cada una de las captaciones productoras de agua para la red tales como pozos, manantiales, presas, galeras filtrantes, etc. Esta debe realizarse exactamente en la tubera donde ingresa el agua a la red de distribucin. Asimismo, en los casos de potabilizadoras, tanques o rebombeos, interesa medir el caudal justo a la salida de estas estructuras.

Se recomienda aprovechar los macromedidores insta-lados en el sistema de agua potable, siempre y cuando se obtengan previamente los errores de exactitud de es-tos equipos como se indica en las pruebas de la seccin 1.2.4 de este Manual.

Cuando no exista macromedidor en la captacin, se recomienda utilizar un medidor porttil del tipo ultras-nico o electromagntico, por la alta exactitud que ofre-cen y la versatilidad en su uso. Este medidor debe estar certificado por un laboratorio de pruebas acreditado.

La posicin del medidor en la tubera de prueba debe ser en tramos rectos y preferentemente horizontales, asegurndose de que antes y despus del medidor, no existan obstculos tales como codos, vlvulas, reduc-ciones, ampliaciones, bombas, etc., que distorsionen el perfil de velocidades del agua en la seccin de prueba. Normalmente se debe dejar una distancia equivalente a 10 dimetros aguas arriba y 5 dimetros aguas abajo del eje del medidor (ver figura 1.2). Sin embargo, actual-mente hay en el mercado medidores que pueden reducir estas distancias, las cuales se pueden consultar en los respectivos catlogos del fabricante.

Se podr instalar el medidor en un conducto inclinado o vertical siempre y cuando lo permita el fabricante en sus limitaciones de exactitud y cuando se asegure que la tubera de pruebas est completamente llena en toda su seccin. Tambin, para garantizar la medicin adecuada, deber evitarse colocar el medidor en aquellos tramos dnde existan burbujas de aire o slidos en suspensin.

Figura 1.1 Medicin de presiones en la red

1.2.1 Medicin de presiones en la red

La medicin de presiones se realiza con un manmetro comercial tipo Bourdon conectado en las tomas domici-liarias del sistema de distribucin (ver figura 1.1).


La medicin de caudal suministrado se efecta en in-tervalos cortos, del orden de 15 a 30 minutos. Si no se detectan variaciones de caudal de +/- 5% en el trans-curso de un da, se considerar el valor registrado como el valor de gasto medio suministrado a la red por esta captacin. En caso de que la fluctuacin de caudal sea mayor a este porcentaje, se debern practicar pruebas continuas al menos durante 24 horas, con el fin de ob-tener un valor promedio de suministro de agua en ese punto; estas pruebas se realizarn segn lo indicado en la seccin 1.2.3 de este Manual.

1.2.3 Medicin de variacin de la demanda de agua en la red

Para realizar la prueba de medicin de variacin de la demanda de agua en la red, se utilizar el macromedi-dor instalado o bien un medidor porttil, de acuerdo con las especificaciones y recomendaciones sealadas en la seccin 1.2.2 de este Manual. La prueba tendr una

duracin de 24 horas continuas, registrando el valor del caudal instantneo en intervalos de 5 a 15 minutos, de-pendiendo del equipo.

Se utilizar de preferencia un medidor que tenga Data-Logger integrado, para evitar al mximo el error en la toma de lecturas y facilitar el procesamiento de datos.

Con los datos registrados se elaborar la curva tpica de demanda de agua de los usuarios, que como ejemplo se muestra en la grfica de la figura 1.3.

En la grfica, el eje de las ordenadas est dado en porciento del caudal medio suministrado (valor de 1.0), el cual se obtiene sumando los valores de caudal instantneo, entre el nmero de valores registrados.

En la curva de variacin de la demanda de agua me-dida en campo, se identifica el valor mximo como el Coeficiente de Variacin Horaria (valor de 2.17) y el va-lor mnimo como el ndice Mnimo Nocturno (valor de 0.29) de la zona de influencia de la captacin donde se realiz la medicin continua.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4

2.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.0

Tiempo (h)

Patr

n

0.29 (mn)

2.17 (mx)

Figura 1.3 Curva tpica de variacin de la demanda de agua en una red de agua potable

Figura 1.2 Posicin del medidor de caudal

L > 5D

Sensor

L >10D M

ayor

a 10D


1.2.4 Medicin de errores de exactitud en macromedidores

En cada uno de los macromedidores instalados en las obras de abastecimiento se debe descubrir y corre-gir cualquier error de medicin. La prueba de error de exactitud en macromedidores se apoya en los procedi-mientos sealados en la Norma Oficial Mexicana NOM-012-SCFI-1994 y puede realizarse con cualquiera de los siguientes procedimientos:a) Comparacin de registros con un medidor porttil

calibrado.b) Prueba del medidor en un banco.c) Comparacin de registros con un segundo medidor

calibrado e instalado en serie.d) Sustitucin del equipo por otro calibrado y compa-

racin de registros.El mtodo ms rpido, prctico y econmico es el de

comparacin de registros con un medidor porttil cali-brado (ver figura 1.4). El punto exacto de colocacin del equipo de medicin porttil en la tubera de prueba de-ber ajustarse a las especificaciones tcnicas indicadas en la seccin 1.2.2 de este Manual.

Figura 1.4 Medicin de error de exactitud en macromedidor instalado (color azul), con medidor porttil electromagntico de insercin

La evaluacin del error de exactitud (Err) se efecta con la ecuacin 1.1.

(1.1)

Donde: Err = Error de exactitud (%)Q

medidor = Gasto instantneo registrado en el macrome-

didor instalado (l/s)Q

patrn = Gasto instantneo registrado en el medidor

porttil (l/s)

La solucin de esta ecuacin arroja un valor en por-centaje negativo si el macromedidor instalado est mi-diendo de menos (submedicin), por el contrario un va-lor positivo indica que el macromedidor est midiendo de ms (sobremedicin). Por ejemplo, si el macromedi-dor instalado est registrando 100 l/s y el porcentaje medido y calculado resulta de -4.5%, quiere decir que el valor correcto de caudal es de 104.71 l/s, en cambio si resulta un error de +6.7%, entonces el valor correcto ser de 93.72 l/s.

1.2.5 Muestreo de consumos de cuota fija

Con la medicin de consumos de cuota fija se determi-na si existe una asignacin errada por parte del organis-mo operador en el volumen de consumo mensual de los usuarios que no tienen micromedidor (cuotas fijas). La prueba se realiza de tres maneras:a) Muestreo de consumos histricos de facturacin en

tomas con micromedidor.b) Muestreo de registros de consumos en campo en mi-

cromedidores existentes.c) Muestreo de registros de campo en micromedidores

nuevos calibrados.Este ltimo muestreo es el ms confiable de los tres,

pero es el ms costoso y el que tarda ms tiempo en realizarse. No obstante, los otros dos dan buenas aproxi-maciones para efectos de evaluacin y diagnstico.

1.2.5.1 Muestreo de consumos histricos de facturacin en tomas con micromedidor

Del total de registros histricos de la facturacin del or-ganismo operador, se selecciona una muestra aleatoria de tomas domiciliarias que cuenten con micromedidor funcionando. Los consumos registrados de cada toma elegida en un periodo de un ao, se suman y se divi-de el resultado entre el nmero de datos del registro para obtener el consumo unitario promedio mensual

Err=(Q - Q )

Q x100medidor patrn

patrn


(m3/toma/mes). El consumo unitario global se obtiene con el promedio de todos los consumos unitarios de las tomas seleccionadas en la muestra, ver ecuacin 1.2.

(1.2)Donde:Cu

global = Consumo unitario global (m3/toma/mes)

Cu i

= Consumo unitario de cada toma i de la muestra (m3/toma/mes)

na = Tamao de la muestra

Se recomienda obtener una muestra de consumos por cada tipo de usuario para obtener una mejor aproxima-cin de la prueba. En el caso de usuarios domsticos se prefiere una clasificacin por clase socioeconmica (resi-dencial, media, popular).

Es necesario corregir los valores de consumos histri-cos registrados con el error de exactitud promedio de los micromedidores, el cual se obtiene en campo como se indica en la seccin 1.2.6 de este Manual.

Para obtener el tamao de la muestra, se clasifica el universo de usuarios con micromedidor funcionando de acuerdo al tipo de usuario (domstico, comercial, indus-trial, etc.). El total de usuarios de la muestra por cada tipo de usuario, se calcula entonces con la frmula 1.3.

(1.3)Donde:na = Tamao de la muestra de usuarios con regis-

tros histricos en su micromedidorZ

c = Valor de la abscisa de la curva de probabilidad normal estandarizada (1.96 para nivel de con-fianza del 95%)

Errc = Error esperado en la estimacin del consumo

unitario (m3/toma/mes)S

c = Desviacin estndar del consumo unita-

rio histrico en usuarios con micromedidor (m3/toma/mes)

Se recomienda utilizar un error de estimacin del orden del 5% sobre el promedio del consumo unitario por toma mensual. La desviacin estndar se determina a partir de los consumos en un mes de usuarios con medicin.

Por ejemplo, para un padrn de usuarios con micromedi-cin funcionando de 78 347 tomas, con consumo domsti-co promedio mensual igual a 32.64 m3/toma/mes, con una desviacin estndar de 16.74 m3/toma/mes, y con un error de estimacin (EE

c) de: 0.05 * 32.64 = 1.632 m3/toma/

mes, se obtiene un tamao de muestra de:

Lo que quiere decir entonces, que se debern elegir 405 contratos del padrn de usuarios para realizar el anlisis respectivo. Es importante mencionar que la se-leccin de los elementos de la muestra debe ser hecha conforme a nmeros aleatorios para evitar sesgos en los resultados.

1.2.5.2 Muestreo de registros de consumos en campo en micromedidores existentes

Del total de tomas domiciliarias con micromedidor fun-cionando, inscritas en el padrn de usuarios del organis-mo operador, se elige una muestra aleatoria determinada con la ecuacin 1.3. Cada uno de los elementos seleccio-nados se revisa en campo y se anotan los consumos cada semana durante un periodo mensual. Con estos datos se obtiene el consumo unitario promedio individual en cada toma domiciliaria de la muestra en m3/toma/mes. Uti-lizando entonces la ecuacin 1.2 se calcula el consumo unitario global promedio.

En este caso, deber practicarse una prueba en campo de error de exactitud de los micromedidores de la mues-tra con el fin de corregir los valores registrados en el an-lisis. Esta prueba de exactitud se realizar de acuerdo con las especificaciones de la seccin 1.2.6.

naz

ErrSc

cc=

2

22

samotan =

=

1 961 632

16 74 4052

22.

.* .

Cu =Cu

naglobal

ii=1

na


1.2.5.3 Muestreo de registros de campo en micromedidores nuevos calibrados

La actividad consiste en instalar una muestra de micro-medidores nuevos y calibrados en tomas con cuota fija seleccionadas aleatoriamente y realizar en campo el re-gistro de consumos semanalmente, durante un periodo mensual. Con los resultados se obtiene el consumo uni-tario promedio de cada toma domiciliaria de la muestra y aplicando la ecuacin 1.2 se determina el consumo unitario global promedio en m3/toma/mes.

El tamao de la muestra se determina utilizando la ecuacin 1.3, en donde en este caso particular, na es el nmero de tomas domiciliarias que no cuentan con mi-cromedidor (cuota fija) y S

c corresponde a la desviacin

estndar de los consumos histricos registrados por los usuarios que cuentan con micromedidor.

1.2.6 Muestreo de errores de exactitud de micromedidores

La prueba de error de exactitud en micromedidores nuevos se realiza en bancos de prueba acreditados, se-gn los procedimientos marcados en la Norma Oficial Mexicana NOM-012-SCFI-1994. El error de exactitud del micromedidor se calcula con la ecuacin 1.4.

(1.4)Donde:Err

m = Error de exactitud del micromedidor (%)

Volmicr

= Volumen registrado por el micromedidor (l)Vol

patrn = Volumen registrado en un recipiente certifi-cado (l)

Cuando se trata de realizar pruebas de error de exacti-tud en micromedidores instalados en campo, la actividad de medicin de exactitud de errores de micromedicin consiste en elegir un micromedidor instalado y funcio-nando dentro del sistema de agua potable, realizarle una prueba comparativa en campo contra un recipiente cer-tificado y calcular su error con la ecuacin 1.4.

Debido a que la cantidad de micromedidores en un sis-tema suele ser de varios miles, la determinacin del error

de exactitud de micromedidores en forma individual no procede por razones de costo y tiempo. Por lo tanto, se realiza un muestreo estadstico, eligiendo aleatoria-mente a un grupo de aparatos de prueba. As, se busca entonces obtener un error de exactitud representativo del total de la poblacin, que puede ser dado por tipo de usuario, marca de micromedidor, nivel de consumo, colonia, etc. El tamao de la muestra na

mic se obtiene

aplicando la ecuacin 1.

(1.5)Donde:na

mic = Tamao de la muestra

Zc = Abscisa de la curva de probabilidad de distri-

bucin normal, para un nivel de confianza dadoErr

mic = Error esperado en la estimacin (%)

%mic

= Porcentaje preestimado de micromedidores que tienen un error de exactitud fuera del lmite mximo admisible (2 %)

El equipo utilizado para las pruebas de error de exac-titud en micromedidores consiste en un recipiente certi-ficado y un accesorio de conexin a la toma domiciliaria, como se observa en la figura 1.5.

Figura 1.5 Equipo utilizado en pruebas de exactitud de micromedidoresErr =

VolVol mmicr

patrn

Volpatrn *100

na =Z

Err% 100-%mic

2c

2mic

mic mic( )


El recipiente est disponible en el mercado y est fabri-cado en acero inoxidable, tiene un volumen de 20 litros aproximadamente y cuenta con una escala graduada al decilitro, colocada cerca de un tubo transparente para vi-sualizar el nivel del agua. En el esquema de la figura 1.6 se muestran las dimensiones del recipiente de prueba.

La conexin para la toma domiciliaria se construye con materiales y accesorios comerciales, con una man-guera conectada a una llave de paso y un cople rosca-do. Es recomendable instalarle un manmetro comercial tipo Bourdon y una llave de purga de aire.

La prueba de exactitud de micromedidores se realiza con el procedimiento siguiente (ver figura 1.7):1) Primero se llena el formato con los datos de la toma

del usuario, que normalmente se obtiene del padrn de usuarios. Los datos son el nmero de contrato, nombre del usuario, direccin, tipo y modelo del micromedidor.

2) Luego se desconecta el micromedidor de la toma do-miciliaria en su extremo aguas abajo y se le inserta la conexin de prueba; se debe purgar el aire dentro de la manguera.

3) Enseguida se toma la lectura del micromedidor, en litros y decilitros.

4) Se abre la llave de la conexin de prueba y se llena el recipiente calibrado hasta la marca de los 20 litros, aproximadamente.

5) Se registra nuevamente la lectura del micromedidor.

6) Se anotan los valores y se repite la prueba dos o tres veces.

7) Se calcula el error de exactitud de cada prueba con la ecuacin 1.4 y se hace un promedio para obtener el error del micromedidor. Si el error resulta negativo se dice que el micromedidor est submidiendo y si es positivo, entonces est sobremidiendo.

Dimetro = 15 cm

Bordo libre = 5 cm

Recipiente de amplificacinde lectura = 10 cm

Transicin para evitaraire atrapado = 5 cm

Recipiente base = 25 cm

Tubo exterior de lecturade 2.5 cm de dimetro

Dimetro = 30 cm

Figura 1.6 Recipiente para verificacin de exactitud en micromedidores

Como un dato til, una cuadrilla formada por un in-geniero y su ayudante pueden realizar la verificacin de aproximadamente 25 micromedidores por da.

Una vez realizadas todas las pruebas de campo en cada micromedidor seleccionado en la muestra, se rea-liza un anlisis estadstico de la frecuencia del error, el error medio, la desviacin estndar, entre otros, para establecer el valor representativo de la exactitud de la poblacin total de micromedidores funcionando en un sistema de agua potable.

1.2.7 Muestreo de ocurrencia de fugas

La evaluacin de ocurrencia de fugas se realiza mediante un mtodo estadstico (Arregun y Ochoa, 1997)2 , con el cual se pueden estimar con suficiente aproximacin y confiabilidad, la cantidad de agua perdida debido a fugas existentes en el sistema de distribucin, discriminadas

2 Arreguin Cortes F. y Ochoa Alejo L., 1997, Evaluation of Water Losses in Distribution Networks, Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, Sep-Oct, USA.

Figura 1.7 Prueba en campo de exactitud de micromedidores


en tomas domiciliarias, tuberas y cajas de vlvulas, as como tambin las variables fsicas y de operacin asocia-das a dichas fugas, con lo cual se determinan los efectos y causas del problema.

El mtodo propone que las fugas sean estimadas como sigue:1) Con estudios de campo se estiman los volmenes

perdidos por fugas en tomas domiciliarias (Volftd

) y el porcentaje de tomas que presentan fuga.

2) El volumen de fugas de las tuberas principales y secundarias (Vol

pft) se calcula del balance de agua

del sistema de abastecimiento (seccin 2.1 de este Manual), restando los valores obtenidos de los estu-dios de campo de tomas domiciliarias, de los consu-mos (Vol

consumido) y del volumen entregado a la red

(Volsuministrado

).3) Para mejorar la estimacin de los volmenes de fu-

gas en tuberas principales y secundarias se resta el volumen de fugas de cajas de vlvulas (Vol

fcv). Las

fugas en cajas de vlvulas se obtienen con otro estu-dio de campo.

Para la aplicacin del mtodo es deseable que se cuente con un mnimo de informacin estadstica en el sistema de agua potable, como por ejemplo, el porcen-taje global de ocurrencia de fugas, el caudal promedio de fugas, la ocurrencia espacial de fugas por colonias o sectores, presiones de la red, entre otras.

Cuando no se disponga de registros histricos de ocu-rrencia de fugas, se debe realizar una encuesta piloto (premuestreo), de los reportes de las cuadrillas de re-paracin del organismo operador de al menos 15 das. Para ello se disea un formato que contenga los datos de falla, lugar, elemento del sistema, caudal de la fuga, tipo de material del suelo y tubera, presin de la tubera donde ocurri, etc. Los datos sern colectados por las cuadrillas durante su trabajo.

1.2.7.1 Evaluacin de fugas en tomas domiciliarias (Vol

ftd)

El porcentaje y volumen de agua perdida por fugas en tomas domiciliarias de una poblacin Pob, se estima de dos muestras aleatorias simples, cuyos tamaos son de-terminados de la teora de muestreo estratificado.

1.2.7.1.1 Porcentaje de fugas en tomas domiciliarias

La primera muestra sirve para determinar el porcentaje de tomas domiciliarias que presentan fuga. Este porcen-taje se determina a partir de observaciones de campo en cada una de las tomas domiciliarias del estudio. Los re-sultados encontrados se contabilizan y se infieren a toda la poblacin.

El tamao de la muestra (nao), se calcula usando la

ecuacin 1.6.

(1.6)Donde:na

0 = tamao de la muestra

Zc = Abscisa de la curva de probabilidad de distri-

bucin normal para un nivel de confianza dadoErr

ft = Error esperado en la estimacin (%)

%ft = Porcentaje de ocurrencia de fugas preestimado

El porcentaje de ocurrencia de fugas preestimado (%

ft) se obtiene de los registros histricos. En el caso

extremo de que sea prcticamente imposible determi-nar los porcentajes por la ausencia de estadsticas, se supondr un valor de ocurrencia de fugas en tomas do-miciliarias del 25%, mismo que se ajustar conforme se obtengan los resultados de las inspecciones en campo.

El error en la estimacin (Errft) representa la mxima

diferencia entre el porcentaje de fugas obtenido en la muestra y el porcentaje esperado real; a menor error en la estimacin, el valor esperado es ms cercano al esti-mado estadsticamente, y viceversa. Un valor recomen-dado del error en la estimacin es 5%.

El nivel de confianza se selecciona de acuerdo con la disponibilidad de recursos y en funcin de las nece-sidades de precisin estadstica deseada. Un anlisis de sensibilidad, derivada de la informacin de 15 ciudades donde se aplic el mtodo, permiti determinar que, el incremento en costo del estudio al aumentar el nivel de confianza de 95% a 99%, es del orden del 80%, como se muestra en la tabla 1.3.

na =Z

Err% (100-% )0

2c

2ft

ft ft


Nivel de confianza (%)

Tamao de muestra(tomas

domiciliarias)

Costo del estudio(Dlares

estadounidenses)70 108 3 24075 132 3 96080 163 4 89085 207 6 21090 272 8 16095 384 11 52099 676 20 280

Calculado de los datos de 15 ciudades estudiadas con un error en la estimacin (Err

ft) del 5% y porcentaje (%

ft) del 50%

Es necesario asegurar que el tamao de la muestra tenga un mnimo de 30 tomas domiciliarias a observar (des Raj, 1992)3; aquellas muestras con menos elemen-tos deben ser tratadas como muestras pequeas.

Cuando el tamao de la muestra (na0), sea ms gran-

de que el 5% del nmero total de tomas domiciliarias conectadas al sistema de distribucin (N), el tamao de la muestra (na

) debe ser corregido, utilizando la

ecuacin 1.7.

(1.7)

Una vez determinado el tamao de la muestra, se se-leccionan con nmeros aleatorios del listado de usuarios del sistema de agua potable, las tomas domiciliarias que se estudiarn en campo.

El trabajo de campo consiste en inspeccionar la exis-tencia de fugas en las tomas domiciliarias seleccionadas. Esta inspeccin fsica de tomas domiciliarias se lleva a cabo, basndose en los mtodos de deteccin de fugas por cada de presin diferencial o por sonido.

Para confirmar la existencia de fugas, se procede a hacer excavacin en la toma domiciliaria en cuestin. Para cada toma domiciliaria inspeccionada en la muestra, se asigna un valor de 1 si aparece con fuga, y si no, un valor de cero (como fuga se considera cualquier escape de agua, desde la insercin de la toma hasta el micromedidor).

El porcentaje de fugas se obtiene dividiendo el nme-ro de tomas domiciliarias encontradas con fuga entre el tamao de muestra. Despus, este valor se extrapola hacia el total de tomas domiciliarias de la ciudad, mul-tiplicando el porcentaje de tomas domiciliarias con fuga determinado con la muestra, por el nmero de tomas conectadas en el sistema de agua potable.

1.2.7.1.2 Volumen de fugas en tomas domiciliarias

La segunda muestra sirve para calcular el volumen de agua perdida por fugas en las tomas domiciliarias. El ta-mao de la muestra (na

q) se calcula utilizando la ecua-

cin 1.8 (Spiegel, 1991)4 :

(1.8)Donde:na

q = Tamao de la muestra

Zc = Abscisa de la curva de distribucin normal

para un nivel de confianza dadoS

qi = Desviacin estndar del gasto de fuga en to-

mas domiciliarias (ml/s)Err

q = Error esperado en la estimacin del caudal

unitario de fugas en tomas domiciliarias (ml/s)

Si no se cuenta con antecedentes estadsticos, al ini-ciar un muestreo aleatorio de fugas no se sabe cul es la desviacin estndar del gasto de fugas (S

qi). En estos

casos, la desviacin estndar se puede estimar a partir del aforo de las fugas encontradas durante la inspeccin de ocurrencia. La ecuacin 1.8 se deber entonces ir ajustando conforme se vayan realizando los aforos sub-secuentes.

El trabajo de campo consiste en aforar las fugas que se presentan en las tomas domiciliarias inspeccionadas en el primer muestreo. El aforo de fugas se realiza colocan-do un recipiente calibrado a un volumen establecido y midiendo el tiempo en que se llena. El gasto de las fugas ser el volumen dividido entre el tiempo respectivo. La prueba se repite tres veces para evitar errores.

Los caudales unitarios de fuga (Qal), determinados a

partir de las mediciones en las tomas domiciliarias, se

3 Des Raj, 1992, Teora del Muestreo, Fondo de Cultura Econmica, Segunda Edicin, Mxico.4 Spiegel, 1991, Estadstica, Segunda edicin, Espaa.

Tabla 1.3 Costo del estudio con respecto al nivel de confianza esperado

na =na

1+ na /N0

0( )

na =Z

ErrSq c

2

2q

2qi


promedian y se multiplican por el total de tomas domi-ciliarias con fuga del primer estudio de campo y por el periodo de anlisis y de permanencia de la fugas. Este valor es el total de volumen de fugas en tomas domici-liarias del sistema de agua potable (Vol

ftd) en el periodo

establecido para el anlisis.Si el suministro de agua es intermitente en algunas

porciones de la ciudad, el volumen de fugas de tomas domiciliarias se modifica multiplicando las prdidas de cada zona de tandeo por el periodo en que el agua es suministrada.

Adicionalmente a los valores de volmenes de prdi-das, durante el aforo de las fugas se hace un reporte de las variables fsicas donde se present dicha fuga (mate-rial de la tubera, tipo de falla, suelo, profundidad, etc.) para interpretar las posibles causas del problema. No hay que olvidar que todos los registros de campo de las mediciones debern presentarse en formatos similares al mostrado en la tabla A.1 del Anexo A.

1.2.7.2 Evaluacin de fugas en cajas de vlvulas

La estimacin del volumen de fugas en cajas de vlvulas (Vol

fcv) se realiza a travs de dos muestreos aleatorios

simples con inspecciones y aforos en campo de ocurren-cia de fugas. Los tamaos de las muestras de cajas de vlvulas na

v y na

qv se calculan con las ecuaciones 1.9 y

1.10, para obtener el porcentaje de cajas de vlvulas que tienen fuga y estimar el caudal unitario promedio de las fugas, respectivamente.

(1.9)Donde: Z

c = Abscisa de la curva de probabilidad de distri-

bucin normal, para un nivel de confianza dadoErr

fv = Error esperado en la estimacin, en el porcen-

taje de cajas de vlvulas con fugas%

fv = Ocurrencia de fugas en cajas de vlvulas (%)

(1.10)

Donde:Z

c = Abscisa de la curva de distribucin normal

para un nivel de confianza dadoS

qv = Desviacin estndar del gasto de fuga en cajas

de vlvulas (ml/s)Err

qv = Error esperado en la estimacin del caudal

unitario de fugas en cajas de vlvulas (ml/s)

Para poblaciones pequeas, los tamaos de las mues-tras deben ajustarse con la ecuacin 1.7; no obstante, el nmero de cajas de vlvulas por inspeccionar ser igual o mayor a 30 elementos con el fin de garantizar que sea una muestra grande.

Una vez calculado el nmero de cajas de vlvulas por inspeccionar, se eligen aleatoriamente consultando un plano de la red. En este plano se ubican todas las cajas del sistema de agua potable y se trazan ejes cartesianos (x,y); entonces se elige una pareja de nmeros aleato-rios, y estos correspondern con las coordenadas respec-tivas de la caja seleccionada.

Luego de identificar en el plano a cada una de las cajas de vlvulas de la muestra, se procede de manera similar al muestreo de tomas domiciliarias para calcular el vo-lumen total de fugas en cajas de vlvulas en la ciudad. Los trabajos de campo se realizan segn lo indicado en la seccin 1.2.8.

1.2.7.3 Evaluacin de fugas en tuberas principales y secundarias

Para estimar el volumen de las fugas en tuberas princi-pales y secundarias se aplica un balance de agua, segn lo indicado en la seccin 2.1. de este Manual.

1.2.8 Levantamiento de cajas de vlvulas

El trabajo fsico del levantamiento de cajas de vlvulas es una actividad que tiene varios objetivos, entre los cuales se menciona: complementar la actualizacin de los pla-nos de la red de distribucin de agua, evaluar el estado de las cajas y vlvulas, y detectar fugas en los estoperos, volantes y juntas de las vlvulas.

En cualquiera de los casos mencionados, antes de ini-ciar el trabajo de campo, es necesario disponer de un for-mato que contenga los espacios suficientes para anotar su ubicacin geogrfica, el croquis de localizacin y su

na =Z

Err% 100-%v c

2

fv2 fv fv( )

na =Z

ErrSqv

2c

2qv

qv2


detalle de fontanera, datos de su estado, dimetros, y dos fotografas de la vlvula, una de lejos y una de cerca. Toda la informacin se digitaliza en un plano en archivo

Figura 1.8. Ficha tcnica tipo de inspeccin de caja de vlvulas

Calles: Av. Mar del Norte Esq. Av. Diana Laura Riojas

Croquis de localizacin

Colonia: Guaymas NorteNo. de crucero: 1No. de tapas: 1 No. de vlvulas: 2

Referencias:

La caja se encontraba azolvada por: Tierra Basura Inundada

Caractersticas de la vlvula Caractersticas de la vlvula

Dimetro (plg) 6 Dimetro (plg) 4

Tipo de vstago: fijo de cuadro Tipo de vstago: vlvula reguladora de presin

Comentarios: vlvula completamente abierta Comentarios: calibrada a 15 PSI

Fotografa de la vlvula Fotografa de localizacin

Observaciones generales: La tubera de 6 suministra agua a las colonias Las Torres y Maquilas

de AutoCad y se forman fichas por cada una de las cajas de vlvulas inspeccionadas. En la figura 1.8 se presenta una ficha tipo de caja de vlvula inspeccionada en campo.


El trabajo de campo es sencillo y consiste en ubicar la caja por inspeccionar, destaparla y registrar los datos respectivos. En caso de que se encuentre azolvada o inundada ser necesaria su limpieza, pero deber ano-tarse esta situacin en los formatos correspondientes. Una cuadrilla formada por un ingeniero y un ayudante puede realizar la inspeccin del orden de 20 cajas diarias.

Tambin se recomienda realizar un resumen analtico de resultados globales formando cuadros como los mos-trados en la tabla 1.4.

Tabla 1.4 Resumen de inspeccin de cajas de vlvulas

Resumen de condicin del interior de las cajas de vlvulasCondicin Cantidad Porcentaje

Tierra 48 65%Basura 3 4.1%Inundada 6 8.1%Buen Estado 17 23.0%Total 74 100.0%

Resumen de condicin de las losas y las tapas en las cajas de vlvulas

Condicin Cantidad PorcentajeDao en losa 0 0.0%Sin losa 0 0.0%Sin tapa 2 2.7%Tapa soldada 0 0.0%Tapa sin fijacin 6 8.1%Buen estado 66 89.2%Total 74 100.0%

Con estos resultados es posible determinar las inver-siones para limpieza, sustitucin o rehabilitacin, cam-bios de tapas, etc., y valorar el gasto unitario de fugas promedio, as como su porcentaje de ocurrencia.

1.2.9 Levantamientos topogrficos

Para efectos del anlisis hidrulico del sistema de agua potable en los proyectos de eficiencia, es determinante conocer la elevacin de las tuberas, captaciones, tan-ques de regulacin y rebombeos, ya que un error en la cota topogrfica del nivel del agua en un tanque de un metro puede cambiar sustancialmente los parmetros de

velocidad y presin en la red. Por tal motivo, es nece-sario revisar y actualizar la topografa de la ciudad en estudio con el levantamiento topogrfico.

El levantamiento topogrfico comienza por el anlisis de los planos existentes para identificar la cantidad de informacin con la que se cuenta y definir los trabajos complementarios de campo. Normalmente, los datos de topografa que interesa determinar para realizar estos proyectos de eficiencia son las cotas de los cruceros de la red de distribucin, cotas de desplante de los pozos y tanques de regulacin, y los perfiles de las lneas de conduccin existentes.

Antes de proceder a ejecutar trabajos de campo de to-pografa, se recomienda consultar la base de datos del Instituto Nacional de Estadstica, Geografa e Inform-tica (INEGI), puesto que este rgano cuenta con varios estudios de topografa y urbanizacin a detalle de varias poblaciones mexicanas, que son econmicos y de fcil acceso.

Los trabajos de campo de topografa, tanto de cruce-ros, cotas de tanques y pozos y perfiles de conducciones se ejecutan segn las especificaciones definidas en el Manual de Lineamientos Tcnicos para la Elaboracin de Estudios y Proyectos de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario (MAPAS), CONAGUA.

Es importante mencionar que, actualmente existen en el mercado equipos comerciales para obtener los datos topogrficos de las estructuras y cruceros de la red de distribucin de agua potable, entre ellos se encuentra La Estacin Total (ET) y el Sistema de Posiciona-miento Global (GPS). Estos equipos permiten descargar los valores levantados en campo directamente al Auto-Cad, son verstiles y de rendimiento alto.

1.2.10 Vinculacin de tomas domiciliarias

La vinculacin de tomas domiciliarias tiene por objeto de-tectar irregularidades en el padrn de usuarios del organismo operador del sistema de agua potable. Las irregularidades se refieren a las diferencias que existen entre lo que describe el contrato del usuario con lo que se encuentra fsicamente en el lugar de la toma domiciliaria. Las irregularidades comunes son: usos de agua distintos a los registrados en el padrn de usuarios, equivocacin en la existencia de micromedidor funcionando, nombre del usuario sin actualizar tomas domi-ciliarias inactivas, usos fraudulentos y clandestinos.


CALLE 2 B

is

AGUASCAL

IENTES

CO

LIMA

CALLE 6

CALLE 5

CALLE 4

CALLE 3

AGUASCALIENTES

VERACRUZ

MADERO

VIA DE FF CC MEXICO - BALSAS

CALLE 2

La vinculacin de tomas domiciliarias comienza con la seleccin de rutas de recorrido. Para ello, es conveniente utilizar la experiencia del organismo operador aplicando los mismos recorridos que se realizan durante la toma de lectu-

ras de consumos. De hecho, esta informacin normalmente tiene cierta correspondencia con el listado de los usuarios del padrn. En la figura 1.9 se muestra un croquis tpico de recorrido para la vinculacin de tomas domiciliarias.

Figura 1.9. Croquis tpico de recorrido para vinculacin de tomas domiciliarias

Luego de definir las rutas, se prepara un formato de encuesta a los usuarios y revisin de la toma domiciliaria. Interesa corroborar el nombre del usuario, la existencia de varias tomas domiciliarias en un mismo predio, el giro del inmueble, el estado fsico del micromedidor, la co-rrespondencia con el nmero de contrato y serie catas-tral, la existencia de fugas, la posibilidad de un fraude o clandestinaje, la satisfaccin del usuario con el servicio de agua. El formato puede ser preparado segn conven-ga en cada estudio. En la tabla A.2 del Anexo A se mues-tra un ejemplo de estos formatos.

El procedimiento de campo para realizar las encuestas y verificaciones no sigue ninguna norma especfica, por lo que puede definir cada quien su propia estrategia de

actuacin. No obstante, algunas recomendaciones tiles son las siguientes:

1) Realizar recorridos siguiendo rutas dentro de una misma rea o zona. Se debe evitar recorridos dis-persos puesto que disminuyen los rendimientos de la actividad.

2) Los encuestadores deben portar un gafete y al me-nos una playera con logotipos oficiales del organismo operador para facilitar las labores y evitar la descon-fianza de los usuarios.

3) Evitar que dos encuestadores se dividan una ruta para asegurar que esta se realice al 100% y no exis-ta duda alguna de los datos.


4) Estandarizar los criterios de detalles sobre claves de identificacin, marcas y modelo de micromedi-dores, dimetro de las tomas, longitudes, usos del servicio de agua, entre otros.

5) Las rutas de recorrido debern ser del orden de 500 predios como mximo con el fin de tener mejor con-trol de la supervisin de la actividad.

La experiencia en esta actividad indica que una per-sona puede revisar adecuadamente alrededor de 70 pre-dios por da en zonas de clase media y populares. En zo-nas residenciales el rendimiento disminuye un 25% por la baja densidad de las viviendas. En zonas marginadas el rendimiento disminuye hasta un 40% debido a la traza urbana irregular en estas zonas y a la gran cantidad de asentamientos dispersos.

Paralelamente al levantamiento de encuestas se rea-liza la actividad de captura de datos en formato digital, con la intencin de facilitar su anlisis y actualizacin posterior. Actualmente, existe una tecnologa comercial denominada Sistema de Informacin Geogrfica (SIG), que permite disponer de bases de datos ligadas al plano catastral de la poblacin, incluso se encuentran georefe-renciados a una sistema de coordenadas universal y son compatibles con los sistemas AutoCad y Excel. Por lo tanto, es recomendable que se utilicen estas tecnologas para la captura de datos de la vinculacin de las tomas domiciliarias.

1.2.11 Medicin de parmetros elctricos e hidrulicos en equipos de bombeo

Para realizar el diagnstico de una instalacin electro-mecnica en los sistemas de agua, es indispensable la medicin de parmetros tanto hidrulicos como elc-tricos. Con base en el resultado de esas mediciones se determina:a) La eficiencia electromecnica del conjunto motor-

bomba y en forma separada.b) La curvas de comportamiento carga gasto - efi-

ciencia del equipo de bombeo.

Para que las mediciones sean lo ms reales posible y, por ende, los valores de eficiencia sean veraces, se debe procurar: a) Que los equipos de medicin se encuentren calibra-

dos y en buenas condiciones de operacin.

b) El sistema a medir se encuentre en estado estable sin perturbaciones que motiven una medicin falsa.

1.2.11.1 Medicin de parmetros elctricos

Los parmetros elctricos a medir son: a) Tensin elctrica (voltaje) b) Corriente elctrica c) Factor de potencia d) Potencia real o activa e) Potencia reactiva

En estos casos, la utilizacin de equipo de medicin adecuado (voltmetro, ampermetro, watthormetro, multmetro, etc.) es indispensable.

Para simplificar el proceso de medicin, se recomien-da utilizar un analizador de redes elctricas que, adems de permitir la medicin de parmetros por fases, integre dichas mediciones para obtener directamente los valores trifsicos, almacene en memoria informacin para obte-ner tendencias y en la mayora de los casos, mida otros parmetros elctricos, que son importantes para eva-luar la calidad de la energa utilizada en el equipo, como la distorsin armnica, entre otros.

1.2.11.1.1 Medicin de tensin elctrica (Voltaje)

Para realizar la medicin de la tensin elctrica en equi-pos de bombeo, es necesario la utilizacin de un volt-metro, teniendo como referencia la figura 1.10, y proce-der de la forma siguiente:1) Realizar la medicin en los cables de tensin elc-

trica que salen del

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