CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE PERDIDAS POR FUGAS EN LA RED DE AGUA POTABLE EN CELAYA, GTO

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1 UNIVERSIDAD POPULAR AUTÓNOMA DEL ESTADO DE PUEBLA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE PERDIDAS POR FUGAS EN LA RED DE AGUA POTABLE EN CELAYA, GTO Trabajo de Investigación para obtener el Título de INGENIERO CIVIL Presenta: Arabeli Hurtado Rodríguez Puebla, Pue., México Marzo de 2006

2 Puebla. Pue., a 28 de noviembre de2005 A quien conresponda. Por medio de la presente, deseo hacer de su conoclrriiento que como Asesor de la C. Arabeli Hurtado Rodríguez, este servidor ha aportado sus conocimientos para la revisión del documento requerido para obtener el Titulo de Ingeniero Civil, el cual lleva por nombre "Calculo del Porcentaje de Pérdidas por Fugas en la Red de Agua Potable en Celaya, Gto." Así mismo, es grato infonnarie que dicho escrito se encuentra culminado, es decir, que se han realizado las revisiones y correcciones conrespondientes para la obtención de un documento completo y satisfactorio. Por lo anterior, se pueden efectuar los procedimientos subsecuentes mediante los cuales el trabajo será presentado ante las autoridades conrespondientes a fin de lograr el objetivo deseado.

3 ÍNDICE Introducción Conceptos Básicos de Fugas de Agua Potable Metodología de Evaluación de Pérdidas Evaluación de fugas en tomas domiciliarias Tamaños de muestras Tamaño de muestra (na) para aforos de fugas Ocurrencia de fugas Causas que originan las fugas Caudal perdido por fuga Caudal perdido por fugas en las tomas Evaluación de fugas en la red Distritos Pitométricos Selección de los Distritos Pitométricos Sondeos depresión en los distritos seleccionados Verificación del aislamiento de los Distritos Pitométricos Instalación de los medidores domiciliarios Medición global del consumo Resultados de los Distritos Pitométricos Determinación del índice de pó-didas en Distritos Pitométricos Determinación de las dotaciones reales y las dotaciones el día de la medición Caudal Perdido por fugas en la red de distribución Aplicación de la Metodología, Evaluación de Pérdidas en la Cd Celaya,Gto 20 Antecedentes 20

4 3.1. Evaluación de fugas en tomas domiciliarias Tamaños de muestras Tamaño de muestra (na) para aforos de fugas Ocurrencia de fugas Causas que originan las fugas Caudal perdido por fuga Caudal perdido por fugas en las tomas Evaluación de fugas en la red Distritos Pitométricos Selección de los Distritos Pitométricos Sondeos de presión en los distritos seleccionados Verificación del aislamiento de los Distritos Pitométricos Instalación de los medidores domiciliarios Medición global del consumo Resultados de los Distritos Pitométricos Determinación del índice de pérdidas en Distritos Pitométricos Determinación de las dotaciones reales y las dotaciones el día de la medición Caudal Perdido por fugas en la red de distribución Evaluación de fugas de acuerdo al Programa de Operación 45 Conclusiones 47 Bibliografía 49 índice de Formulas 50 índice de Figuras 50 índice de Tablas 51

5 Anexo 1 Evaluación de Fugas en Tomas Domiciliarias 52 Anexo 2 Evaluación de Fugas en Tomas Domiciliarias 61 Anexo 3 Evaluación de Fugas en Tomas Domiciliarias 66 Anexo 4 Planos de localización de Distritos Pitométricos 71 Anexo 5 Lecturas realizadas a los diferentes Distritos Hidrométricos 76 Anexo 6 Aforos Pitométricos 88 Anexo 7 Resimien de Gasto y Presión en Tanques de Almacenamiento de los 97 Registros de 24 hrs Anexo 8 Evaluación de Fugas en la Red 130 Anexo 9 Resultado de los Distritos Pitométricos 141 Anexo 10 Resultado de los Distritos Pitométricos 145 Anexo 11 Evaluación de Fugas en la Red 157

6 INTRODUCCIÓN Debido al acelerado crecimiento de la población, la demanda de agua potable se incrementa continuamente, agotando las fuentes de abastecimiento cercanas, esto obliga a buscar fuentes más alejadas de los centros de población, con el consecuente incremento en los costos de producción y distribución. Lo anterior, afecta de manera negativa el estado económico y financiero de las empresas u organismos operadores de sistemas de agua potable, reflejándose en la calidad, costo y eficiencia del servicio. Ante la imposibilidad de incrementar la oferta de agua potable con la misma rapidez con que crece la demanda, se ha puesto mayor atención al problema de reducir el volumen de pérdidas por la existencia de fugas. Las fugas de agua potable que ocurren en sistemas de distribución a nivel mundial, son un problema prioritario, y se ha observado que resulta muy conveniente implantar un programa de detección y control de fugas en los organismos encargados de operar dichos sistemas. En nuestro país anteriormente se manejaban cifi-as basadas en estimaciones, que afirmaban que en las redes se fugaba del orden del 50% de este líquido. Otro factor cuestionado era el valor de los errores por mala medición domiciliaria, puesto que se pensaba que gran parte del volumen de agua consumida no se registra en los aparatos, debido a su descalibración y caudales pequeños que pasan por ellos. En 1990 la Comisión Nacional del Agua (CNA) solicito al Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), en coordinación con el Organismo Operador de Guaymas, Sonora, estimara el porcentaje de fugas existente en ese sistema, que se midiera cuánta agua se perdía y se evaluara la pérdida por mala medición.

7 Combinando las experiencias generadas durante el desarrollo del estudio en Guaymas y las experiencias de otros países, el IMTA obtuvo la metodología para la evaluación de pérdidas. Con base en dicha metodología, a través de este documento, se dan a conocer los procedimientos y cálculos, realizados para conocer el porcentaje de perdidas por fiagas en la Red de Agua Potable de la Ciudad de Celaya, Gto., y conocer de esta manera si es verdad que las acciones implementadas han reducido dicho porcentaje, logrando un valor mucho menor al 50% estimado años anteriores. El trabajo se reahzo durante los primeros meses del 2004, al llevarse acabo el "Estudio de Diagnóstico y Planeación Integral del Sistema de Agua y Saneamiento en el Municipio de Celaya, Gto." Trabajando directamente con su organismo, JUMAPA (Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado). Cabe señalar que el Estudio de Diagnóstico, consiste en un análisis completo del Organismo Operador, y el cálculo de perdidas solo representa una parte del mismo, en cuyo proceso se tuvo un completo involucramiento de principio a fin. Por lo cual, este trabajo tiene por objetivo el calculo del porcentaje de perdidas en el sistema de abastecimiento de agua potable mediante la metodología señalada, aplicada en la ciudad de Celaya, Gto., de esta manera detectar y corregir los puntos en los cuales se presentan las fallas que conllevan al desperdicio del vital liquido. Así mismo, se tiene por objetivo dar a conocer y demostrar la aplicación de la metodología que se implementa para conocer estos porcentajes, considerando de vital importancia la actualización de los conocimientos aplicados en el campo laboral, a los cuales no toda la gente puede tener acceso, pero si están involucrados al pertenecer a una sociedad que en general no respeta los recursos naturales ni mucho menos el recurso agua, el cual se debe denotar que resulta insuficiente para el abastecimiento de la población.

8 El método propone que las pérdidas sean estimadas bajo el siguiente Diagrama representativo del Método para el cálculo del Porcentaje Global de Perdida de agua en el sistema de abastecimiento de agua potable:

9 1. CONCEPTOS BÁSICOS DE FUGAS DE AGUA POTABLE Una fuga se define como la salida no controlada del agua por cualquiera de los elementos del sistema de distribución de agua potable. Las fugas pueden variar dependiendo de: tipo de suelo, calidad del agua, especificaciones y calidad de la construcción y materiales utilizados, edad de las instalaciones y, practicas de operación y mantenimiento. Las fugas también pueden ocurrir en tanques de almacenamiento, debido al agrietamiento de las estructuras o al rebose de las mismas; generalmente, son de gran magnitud, pero muy esporádicas, por lo que merece especial atención la inspección y el mantenimiento de las válvulas de control del nivel en el tanque. En la red, las fugas pueden presentarse como consecuencia de: agrietamiento transversal, aplastamiento y agrietamiento longitudinal; el primer caso se debe a esfuerzos y vibraciones

10 producidas por cargas superficiales; el segundo es resultado de una constracción defectuosa y el tercero se debe a fatiga de materiales, defectos de fabricación o golpe de ariete. Fenómenos como la corrosión pueden incrementar este problema, o bien, otros como el junteo defectuoso de tubos o fallas en válvulas. Fig 1.1. Ubicación y frecuencia de fugas en la red de abastecimiento En las tomas domiciliarias, las fugas pueden ser por rajadura, perforación, corte o piezas flojas. El primer y cuarto tipo de fallas se asocian a una mala calidad de materiales empleados o instalación deficiente; el segundo y tercer caso a factores extemos. Fig 1.2. Ubicación y frecuencia de fugas en tomas domiciliarías

11 El control de fugas es la fimción que permite optimizar el mantenimiento de redes de distribución y de tomas domiciliarias, para reducir la frecuencia y duración de las ftigas visibles y ocultas. El control de fugas se puede esquematizar, dividiéndolo en cuatro bloques: a) Proyectos Básicos. Son el conjunto de acciones, ya sean directas, indirectas o de apoyo, que permiten establecer una estructura adecuada dentro de un organismo operador para apoyar el control de fugas, de forma ordenada y con actividades objetivas. b) Diagnostico. Se evalúan los volúmenes de agua que se pierden por las fiígas y sus principales patrones de ocurrencia, y se identifican las causas que las producen, a través del análisis de los proyectos básicos; las técnicas de detección de fugas son elementales para obtener el diagnostico. c) Técnicas de localización y reparación de fugas. Se tratan los procedimientos, equipos y modelos, para realizar la búsqueda de fugas y subsanar el daño existente. d) Implantación. Se refiere al proceso con el cual, de manera sistemática se establece un programa global de control de fugas en el sistema de distribución. De lo anterior, el segundo bloque se definirá con mayor detenimiento a continuación, ya que en él se encuentra el tema que nos corresponde. Diagnostico Implica la descripción técnica, clara y concisa del estado de fugas; es decir, de los efectos (positivos o negativos), observados en relación con el control de fugas en el sistema de distribución y de los problemas que son el origen de im alto porcentaje de perdidas por fugas. Este diagnostico se basa en vm estudio de evaluación de fugas, donde se cuantifican las cantidades de agua perdida y sus patrones de ocurrencia; y en la evaluación de los proyectos básicos, las técnicas de detección son utilizadas ampliamente para realizar estas actividades.

12 Técnicas de detección de fugas 1) Presión diferencial La existencia y posición de una faga puede determinarse midiendo la presión a lo largo del conducto que se esta inspeccionando, para establecer con esos valores una gráfica de gradiente. La existencia de una faga se verifica cuando el gradiente de presión muestra vma discontinuidad o cambio hacia ambos lados de la faga. Para medir la presión en faberías se suelen utilizar manómetros Bourdon, o bien se utilizan manómetros diferenciales con un líquido manométrico adecuado. 2) Distritos Hidrométricos La técnica de distritos hidrométricos, DH's, consiste básicamente en aislar sectores de la red, donde se realizan mediciones de los volúmenes abastecidos y consumidos por los usuarios en cada sector, durante un periodo de 24 horas como mínimo, para calcular índices de consumo que determinan una mayor o menor incidencia de fagas. Un DH's es un sector de la red de distribución que puede independizarse desde el punto de vista hidráulico, por medio de maniobras en las válvulas de seccionamiento, con la finalidad de realizar esfadios de distribución de consumos y de perdidas por fagas, mediante la medición global de los consumos en dichos sectores. A partir de los datos obtenidos en una medición global, es posible calcular los consumos e índices siguientes: CT= Consumo total en 24 horas, en m3/día CHP= Consumo horario promedio, en m3/h CHM= Consumo horario máximo, en m3/h CMN= Consumo mínimo nocturno, en m3/h, para una hora entre las 0:00 y 5:00 hrs.

13 ICHM= índice de consumo horario máximo ICMN= índice de consumo mínimo nocturno CEP= Consumo especifico promedio, en 1/s/km Al analizar la relación entre el CEP y el consumo per capita promedio diario es posible observar la densidad de tomas domiciliarias en el DH, así como el patrón socioeconómico de los usuarios. Estación pitométrica (entrada de flujo) Válvula cerrada Válvula cerrada Válvula cerrada Válvula cerrada Válvula cerrada Válvula cerrada Fig 1.3 Distrito pitométrico típico en el muestreo

14 2. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE PERDIDAS Esta metodología consiste en calcular primero el volumen total de agua pérdida por fugas en tomas domiciliarias, a partir de los muéstreos en campo (inspección y aforo). Posteriormente, con las mediciones de consumos realizadas en sectores aislados de la red, calculado como la diferencia entre el volumen suministrado menos el volumen consumido por los usuarios, y menos el volumen perdido por las fugas en tomas. Después, las perdidas por mala medición (sub medición), se calculan mediante el error determinado en la verificación en campo de la muestra de micromedidores. Finalmente, la diferencia entre el volumen entregado a la red y la suma de las perdidas anteriores, representa una estimación global de las perdidas.

15 Fig Sitios de medición en un sistema de agua potable 2.1. Evaluación de fugas en tomas domiciliarias El volumen que se pierde por fugas en tomas domiciliarias, se obtiene mediante dos muéstreos estadísticos: 1, Determina los porcentajes de tomas con fuga en cada sector en que se divide el sistema y se lleva a cabo mediante la inspección de tomas 2. Determina el gasto medio de fuga por toma domiciliaria, así como sus estadísticas de ocurrencia. Con el estudio de una muestra representativa, es posible obtener información completa acerca de la población. Una muestra representativa de elementos (o eventos), debe ser una selección aleatoria, es decir, cada elemento de la población debe tener una probabilidad conocida de ser

16 tomado en la muestra. Por lo anterior, es necesario satisfacer dicha condición, de lo contrario, el método proporciona resultados que no son representativos Tamaños de Muestras El tamaño de muestra (n) es para determinar el porcentaje de tomas con fuga. Aplicando la teoría de muestreo aleatorio simple estratificado, el tamaño de muestra se calculo con la siguiente ecuación: (2.01) Donde: no= tamaño de muestra Zc= abcisa de la cvirva de probabilidades con distribución normal para un nivel de confianza seleccionado (95% de nivel de confianza seleccionado para obtener buenos resultados) N= número total de tomas de la ciudad d= error en la estimación, en % (5% de error seleccionado, para obtener buenos resultados) m= subsectores Pi= porcentaje de ocurrencia de fugas por estrato (i) El porcentaje de fugas por no contar con registros históricos por sector de la incidencia de fugas Ni= Número total de tomas en cada estrato Después del cálculo del tamaño de la muestra inicial (no) se calculó el tamaño de la muestra final (n) ajusfándola por el tamaño de la población con la siguiente ecuación: (2.02) Finalmente, para cada uno de los sectores (i) se hizo la distribución de la muestra en proporción al número de tomas (N,) de cada sector, con la siguiente ecuación: (2.03) Donde:

17 n = número de tomas domiciliarias que componen la muestra del subsector (i) Tamaño de muestra (n,) para aforo de fugas Durante los trabajos de inspección del tamaño de muestra calculado anteriormente, se deberán aforar las tomas que presentan fugas para determinar el gasto promedio de fuga en estas conexiones dañadas, pero este número de tomas no es suficiente, por lo que se deben complementar los aforos con otras fugas reportadas por los usuarios del sistema hasta obtener una muestra mayor cuyo tamaño se calcula con la siguiente ecuación: (2.04) (2.05) Donde: Sq= Desviación estándar del gasto de fuga en tomas domiciliarias d = Error de estimación, ml/s qi = Gasto aforado en cada fuga, ml/s qprrom= Gasto promedio de fiíga, ml/s Nq = Número total de fugas aforadas Los trabajos de inspección y aforo de tomas y fugas respectivamente se llevan acabo en el campo de la siguiente manera: La inspección se realiza a través de un método indirecto basado en la medición de presiones de agua de los domicilios seleccionados, este método se basa en el principio de la presión estática de la línea principal; medida a través de tomas domiciliarias, debe ser la misma; en consecuencia, cualquier caída de presión relativa entre ellas es originada por el flujo a través de una fuga. Por lo que al comparar la presión, se podrá determinar en donde existe fuga. Los registros de presiones se realizaran con manómetros Bourdon conectados a llaves de jardín más próximas a la red.

18 Los aforos se llevan acabo en tres etapas garantizando en primer lugar que no hubiera flujo de agua al interior del domicilio, se mide la presión que existe en la red en ese momento y se procede a realizar el primer aforo volumétrico de 4 litros y se toma el tiempo. Un segundo aforo se realiza cuando la fiaga se excava y se procede al aforo volumétrico tomando el tiempo y la presión en la red; y un tercer aforo se realiza cuando la fuga se repara tomando el tiempo y la presión, obteniéndose el volumen perdido por cada fiíga como la diferencia entre el gasto de la toma reparada y el gasto de la misma sin excavar ni reparar. Fig Inspección de fugas en tomas domiciliarias Ocurrencia de fugas De las inspecciones realizadas en el tamaño de muestra previamente calculado, se detectan las tomas que presentan fuga y el sector en el que se encuentran. Estos resultados se extrapolan para el total de tomas de la ciudad, multiplicando los porcentajes de ocurrencia de fugas por sector por el número de tomas existentes en cada sector. De acuerdo al muestreo estos resultados se obtienen con un nivel de confianza del 95% y un error de estimación del 5%. Explorando los resultados que se obtienen al total de tomas por sector, se obtiene un porcentaje ponderado de ocurrencia de fugas en toda la ciudad.

19 Causas que originan las fugas Los materiales de una toma domiciliaria están sujetos a un desgaste natural, que varia en proporción directa con factores como: -Caracteristicas y calidad del material -Condiciones de operación -Tipo de Terreno -Material También es importante tener en cuenta así como la causa que origino la fuga, el tipo de tubería en el que se presento, y el tipo fuga encontrada Caudal perdido por fuga Como ya se menciono, de la muestra a aforar en tomas divididas en sectores, los caudales resultantes se promedian para obtener un caudal perdido por fuga de cada sector Caudal perdido por fugas en las tomas Para obtener el gasto perdido por fugas en tomas, por sector y en toda la ciudad, su cuantificación se basa en el número de tomas por sector, el porcentaje de probable fuga por sector y el gasto promedio de las fugas aforadas por sector. Los gastos de fugas que resultan del aforo de tomas se promediaron por sector y cada uno de estos valores se multiplica por la probabilidad de fuga y por el número total de tomas en cada sector.

20 2.2. Evaluación de fugas en la red Como ya se ha mencionado el caudal perdido en la red se obtiene en base a mediciones globales de consumos en sectores aislados de la red a los caudales se les denomina Distritos Pitométricos según la metodología del IMTA Distritos Pitométricos Selección de los distritos pitométricos En base a los planos de la red, a los índices de ocurrencia de fugas en cada zona y a la revisión física del estado de las válvulas de los posibles distritos pitométricos, se procede a la selección de estos. De los distritos que se seleccionan, se realizan un balance de cuantas válvulas limítrofes se encuentran en buenas condiciones de funcionamiento para poder aislar los distritos y cuales se tendrian que sustituir o rehabilitar. También se identifica la tuberia en donde se instalaría el equipo para medir el gasto que se suministra a dicho distrito Sondeos de presión en los distritos seleccionados Los sondeos de presión en los distritos seleccionados se realizan en horas con alta y baja presión, llevándose a cabo con manómetros Bourdon con sus adaptaciones correspondientes para tomas domiciliarias Verificación del aislamiento de los distritos pitométricos En cada distrito pitométrico que se selecciona se procura que solo exista entrada y/o salida por las estaciones pitométricas. De tal manera que para verificar el aislamiento de cada distrito seleccionado, se dejará correr el agua por el circuito y posteriormente se cierran las válvulas de seccionamiento limítrofes y se procede a verificar el sello de las mismas mediante el uso de un detector de fugas.

21 Instalación de los medidores domiciliarios Dentro de cada distrito se elige aleatoriamente la ubicación de 30 domicilios por medio del padrón de usuarios, para que se instalen medidores nuevos en estos. Se recomienda que se realice vm recorrido de campo previamente, porque algunas tomas presentan dificultad e incomodidad en su colocación y lectura. A estos medidores se les toma una lectura semanal dxwante 7 periodos, además de realizar un censo en cada una de las viviendas con el fin de obtener el gasto real suministrado a cada vivienda y conocer el volimien de la dotación real per capita para cada distrito Medición global del consumo Se localiza la tubería principal de alimentación al distrito pitométrico, se procede a colocar el equipo de medición, se construye una caja para protección del equipo, aproximadamente 1.5 m de ancho por 2.0 m de largo la profiíndidad (varía dependiendo de la ubicación de la tubería), teniendo en consideración de 20 a 30 cm por debajo del tubo para las maniobras necesarias. Una vez construida la caja se utiliza la maquina insercionadora MUELLER para instalar la válvula de inserción de una piügada de diámetro, con la cual se efectúan las mediciones pitométricas respectivas. Para realizar las mediciones pitométricas se determina la posición del centro de la tubería, y en este se coloca el tubo Pitot, posteriormente se toman las lecturas que marca el liquido en el manómetro diferencial tipo U. La elección de los líquidos manométricos dependen de la presión en la línea de conducción, se debe escoger un liquido cuya deflexión en el manómetro sea apreciáble, cuanto mayor sea la presión mayor debe ser la densidad; se deben evitar líquidos con densidades menores o iguales a 1.1, debido a su fácil adherencia al tubo del manómetro diferencial.

22 Fig Equipo de pitometría con manómetro diferencial Resultados de los distritos pitométrícos Determinación del índice de pérdidas en distritos pitométrícos A partir de los datos obtenidos en las mediciones globales en cada vmo de los distritos pitométricos, es posible calcular los consumos e índices siguientes CT = Consumo total en 24 horas (m3) CHM = Consumo horario máximo (m3 / h)

23 CMN = Consumo mínimo nocturno (m 3 / h) CHP = Consumo horario promedio (m3 / h) CT CHP= 24horas (2.06) ICHM = índice de consumo horario máximo ICHM =CHM CHP ICMN = índice de consumo mínimo nocturno CMN ICMN = CHP (2.07) (2.08) CEP = Consumo Específico Promedio CEP = CHP 3.6L (2.09) Determinación de las dotaciones reales y las dotaciones el día de la medición El consumo doméstico per capita se determina a partir de los registros de volumen consumido; tomando lecturas periódicamente en medidores nuevos en las diferentes zonas socioeconómicas. Junto con estos registros se realizan censos para determinar el número de habitantes por toma. Cabe señalar que cada volumen será dividido entre el número de habitantes que hicieron uso del servicio para obtener el volumen utilizado por persona. En los distritos pitométricos en el día de la medición global de consumos se registran las lecturas de los medidores nuevos instalados, tanto para determinar las dotaciones domésticas como las dotaciones no domésticas, con el fin de conocer el consumo per capita y obtener así el consumo doméstico y no doméstico real el día de la medición.

24 Caudal perdido por fugas en la red de distribución La diferencia entre el volumen abastecido (CT) y el volvimen consumido realmente por los usuarios en cada distrito pitométrico (Cr) da por resultado el volumen total perdido por fugas (Vf) en cada distrito pitométrico, así como distinguir de éste volumen, cuánto corresponde a perdidas en las tomas y cuanto se pierde en la red de distribución del distrito. Para calcular el volumen perdido en las tomas (Vft) se requiere de multiplicar el porcentaje de ocurrencia de fugas del sector al que pertenecen las tablas de cada distrito pitométrico por el gasto promedio de fuga también del sector al que pertenecen las tomas, y por el número de conexiones de cada distrito. El volumen perdido en la red ( Vfr) resulta de la diferencia del consvimo total (CT) menos la suma del consumo real (Cr) y el caudal perdido en las tomas (Vft) Para determinar el caudal perdido en todo el sistema de distribución, se extrapolan los resultados obtenidos en cuanto a las perdidas en la red de los distritos pitométricos y se suman al caudal perdido en las tomas, dando así el volumen de agua perdida en el sistema de distribución. La extrapolación se realiza tomando como base el parámetro de los diferentes estratos socioeconómicos que componen a los sectores de antigüedad de la red, así como la relación del caudal perdido en la red con el caudal perdido en las tomas de cada distrito pitométrico, es necesario contabilizar el área de cada estrato socioeconómico en cada uno de los sectores en los que se dividió la ciudad. Con los porcentajes de área por estrato socioeconómico / sector y de caudal perdido en red con respecto al caudal perdido en las tomas de cada distrito pitométrico (estrato socioeconómico), se obtiene para cada sector vin factor de proporción que multiplicado por el caudal perdido en las tomas de cada sector se obtiene el caudal perdido en la red de toda la ciudad. La suma de los porcentajes de volúmenes perdidos en tomas y en la red, da como resultado el porcentaje de perdidas en la ciudad.

25 3. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA, EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS EN LA CIUDAD DE CELAYA, GTO. ANTECEDENTES Dentro del "Estudio de Diagnóstico y Planeación Integral del Sistema de Agua y Saneamiento en el Municipio de Celaya, Gto.", se aplicó la Metodología para la Evaluación de Pérdidas, en colaboración directa con la Junta Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Celaya (JUMAPA). La ciudad de Celaya, Gto., está localizada en vma región del país en donde se tiene una gran concentración de población, siendo las ciudades vecinas más importantes Salamanca y Cortázar en el estado de Guanajuato y Querétaro, el estado vecino. Esta situación demanda un gran volumen en el agua para satisfacer las demandas básicas de la población y la de los procesos productivos que permiten el sostenimiento y desarrollo de los centros urbanos.

26 Adicionalmente, las demandas de las actividades agrícolas en la región, son mucho más importantes que las de estos centros urbanos. Esta gran demanda de agua se ha realizado históricamente sin una planeación adecuada que permita un desarrollo sustentable, no solo de la ciudad de Celaya, sino también de la región, provocando el descenso de los niveles en los acuíferos (sobre explotación) y la contaminación de las corrientes y almacenamientos superficiales. Esta contaminación limita el empleo del agua a ciertas actividades económicas sin provocar problemas de salud. Esta competencia por el agua para satisfacer las demandas básicas de la población y de los procesos productivos, demanda de la población el aprovechamiento del recurso con altas eficiencias, reduciendo al mínimo las pérdidas en las obras hidráulicas, así como su uso y administración con las técnicas mas modernas. Fig Sectorización de la ciudad de Celaya, Gto., por Estrato Socioeconómico Fuente: INEGI

27 3.1. Evaluación de Fugas en Tomas Domiciliarias Tamaño de Muestras El resultado que se obtuvo para un porcentaje de confianza del 95%, un error en la estimación del 5% y un porcentaje de tomas con fiíga (Pi) para cada sector del 25% (común en México), fue de un tamaño de muestra inicial de 612 tomas a inspeccionar, distribuidas proporcionalmente en los 18 sectores. Ver división de sectores y cálculo de muestra en Anexo 01 Tabla Tamaño de Muestra Fuente: tabla realizada en base a la informacíón proporcionada por JUMAPA

28 Conforme a los términos de referencia las inspecciones solamente se desarrollaron en las colonias que comprenden los cuatro Distritos Hidrométricos, las cuales representan la identificación de los cuatro sectores económicos Tamaño de Muestras (na) para aforo de fugas En el cuadro que sigue se muestra la distribución del tamaño de la muestra en cada vino de los dieciocho subsectores en los que se dividió a la ciudad de Celaya. Ver Anexo 01 Tabla Distribución del Tamaño de Muestra Fuente: tabla realizada en base a la información proporcionada por JUMAPA

29 De acuerdo con los términos de referencia se determinó la muestra ajustada a 60 aforos de tomas con fuga que se solicitan, no sólo por la causa anterior, sino porque, transcurridos 2 meses completos de trabajo en forma continua con el personal de JUMAPA, solamente se habían detectado los 60 que pide el estudio, de esta manera la muestra se ajusto para los 18 estratos, como se señala en el siguiente cuadro. Ver Anexo 01 Tabla Distribución del Tamaño de Muestra Ajustada

30 Fig Sectores Homogéneos para la Evaluación de Fugas en la Red de Distribución Fuente: INEGI Ocurrencia de Fugas Los resultados de la inspección de fugas en tomas, se resumen en el siguiente cuadro. Tabla Inspección de Fugas

31 Con los datos obtenidos en campo de las 360 tomas inspeccionadas (tamaño de muestra), se determinaron por sector el número de tomas en las que se detectó la existencia de una fuga por medio del método de detección con equipo mecánico, con esta información se determinaron los porcentajes por sector de la ocurrencia de fugas, como se muestra en el cuadro anterior. Fig Detección de fugas con micrófonos de piso En el cuadro siguiente se muestra la concentración de los resultados de las inspecciones y el Porcentaje Global de Ocurrencia de Fugas en tomas, para cada sector económico. Podemos observar que nos da un promedio menor al 10% del promedio nacional, cabe señalar que en Celaya, Gto el promedio de fugas es bajo. Tabla Porcentaje Global de Ocurrencia de Fugas Los resultados promedio del Distrito No 1 se extrapolaron a todos los subsectores de las zonas económicas A y B. Para la zona económica C se aplico el promedio de los Distritos 2 y 3. Así mismo para la zona D se tomo el promedio del Distrito 4. Los valores promedio resultantes se extrapolaron hacia el total de tomas domiciliarias de cada sector, multiplicando los porcentajes de tomas con fuga determinada con la muestra, por el

32 número de tomas dentro del sector correspondiente. En el siguiente cuadro se presenta el Número de Tomas con probabilidad de Fugas en cada subsector. Tabla Probabilidad de Fugas por Subsector Causas que originan las Fugas Esta clasificación se hizo sobre la base de las encuestas que se realizaron en cada una de las 60 fiígas reparadas y aforadas, obteniéndose los resultados siguientes: - Causas de la Fuga Las fiígas encontradas en los trabajos de Aforo, son causadas principalmente por: estar constituidas por: tubería vieja (65.71%), encontrarse a poca profundidad (20.0%), una mala instalación (11.43%) y por ultimo ser victima de la corrosión (2.86%) como se muestra en la Fig Ver Anexo 02

33 Fig Causas de las Fugas - Localización de la fuga. Las fugas fueron localizadas en su mayoría en la tubería (54.29%), continuando con fugas er las inserciones (22.86%), siguiendo las localizadas en codos (8.57%), las localizadas en nipleí y tuercas unión se encuentran de igual manera(5.71%), y por ultimo existen otroí lugares(2.86%) como se muestra en la Fig Ver Anexo 02 Fig Localización de las Fugas

34 - Tipo de fuga. En su mayoría el tipo de fuga fue por rotura (65.71 %), aunque también se encontraron por perforación (14.29%), rosca floja (8.57%), rajadura y niple zafado (5.71%) como se muestra en la Fig.3.03 Ver Anexo 02 Fig Tipo de Fuga - Tipo de tubería. La mayoría de las tomas domiciliarias se encontraron constituidas por Cobre (82.86%), aunque también existen de F. Galvanizado (11.43%) y de Poliducto (5.71%), como se muestra en la Fig Ver Anexo 02 Fig Tipo de Tubería de la Toma

35 Caudal Perdido por Fuga Para obtener el gasto promedio de fiíga en tomas por subsector se realizaron únicamente 60 aforos de los 382 aforos que de acuerdo al tamaño de muestra para aforo se deberían de haber realizado, el motivo por el cual no se realizaron más aforos fue que no le reportaban fugas al Organismo y esta actividad estaba frenando el avance de los trabajos. Sin embargo se lograron aforar fugas en 15 subsectores de los 18 en los que se dividió a la ciudad, por lo que los resultados obtenidos son representativos y pueden extrapolarse a la gran mayoría de las tomas. El trabajo consistió en realizar 3 aforos en cada toma con fuga, esto en dos etapas: sin excavar (qn), es decir antes de que el personal del JUMAPA llevara, acabo cualquier trabajo para descubrir la toma que presentaba la fuga y la siguiente etapa con la fuga reparada (qo), es decir una vez efectuado el trabajo de descubrimiento de la toma, reparación de la misma y repuesto el pavimento. Los datos obtenidos en cada aforo de toma se promediaron entre sí en cada una de las etapas calculándose así los gastos en la toma y posteriormente sé cálculo el gasto de fuga cubierta como se muestra en la siguiente ecuación. (3.01) Con los valores de qfc de las tomas aforadas por sector, se calculó el gasto promedio de fuga, con la siguiente ecuación, que es representativo de cada sector. Donde: i = el número de la toma aforada, varia de 1 hasta n s = el número del sector correspondiente (3.02)

36 En el siguiente cuadro se presentan los resultados obtenidos del caudal perdido por toma con faga para cada subsector y el caudal promedio perdido en tomas con faga, el cual resultó de ml/seg. Ver Anexo 02 Tabla Caudal Promedio Perdido en Tomas con Fuga Caudal Perdido por Fugas en las Tomas Para obtener el gasto perdido por fagas en tomas domiciliarias por subsector y en toda la ciudad, su cuantificación se basó en el número de tomas por subsector por el porcentaje de ocurrencia de fagas y por el gasto promedio de las fagas aforadas también por subsector. Es decir, que tanto el porcentaje de ocurrencia de fagas y el caudal promedio de faga en tomas por subsector obtenido en la muestra representativa se extrapoló hacia el total de las tomas en cada subsector.

37 De esta manera se calculó el caudal perdido en las tomas de cada subsector, y sumando estos caudales perdidos se obtuvo el caudal total perdido en las tomas de los 18 subsectores. En el cuadro siguiente se muestran los caudales perdidos en las tomas de cada subsector, así como el caudal que se perdería por fugas en las tomas si el abastecimiento a toda la ciudad fuera continuo. Ver Anexo 03 Tabla Caudal Perdido en las Tomas en Servicio Continuo De esta manera, se concluye que el gasto total que se puede perder por fugas en las tomas de los 18 subsectores en un sistema de abastecimiento continuo es de l.p.s., que correspondería al 9.9 % del gasto suministrado (1,133 l.p.s.) Sin embargo, como la cobertura de los 18 subsectores no es del 100% de continuidad, es decir, en prácticamente todos los sectores se suspende el servicio de abastecimiento del agua: de las 19:45 a las 4:00 en algunas zonas y de 19:45 a las 22:15 horas, solamente 3 pozos operan 24 horas; de tal manera que se tiene un promedio de 1,017 horas de operación de los pozos contra

38 1,728 que significarían la operación continua, esta relación nos representa un porcentaje de ocupación de la infi-aestructura del %. Basado en lo anterior se concluye que las perdidas de agua en las fugas por toma son de l.p.s., equivalentes al 6.68 % del agua que se suministra. Ver Anexo Evaluación de Fugas en la Red Distritos Hidrométricos Selección de los Distritos Pitométricos Considerando las restricciones mínimas que establecían los términos de referencia (longitud mínima de red aislada es 3.0 Km, cuando menos 350 tomas domiciliarias activas, mediante válvulas limítrofes se lograra el total aislamiento de la red de distribución, etc); y de acuerdo a la platica desarrollada con el área técnica de JUMAPA, se hizo una selección preeliminar y propuesta de 6 colonias para realizar los Distritos en las mismas. Por ultimo, de acuerdo a la decisión del área técnica del Organismo se escogieron las siguientes colonias para desarrollar los 4 Distritos Hidrométricos o Pitométricos: (Ver Plano del DP en Anexo 04) -Representando la Zona A y B, la Col. Arboledas del Pedregal (incluye además la Col. -Santa Bárbara y Col. Bosques del Sol). Denominándose DHl -Representando la Zona C, la cual por concentrar mas del 50% de los usuarios será representada y estudiada por dos colonias correspondiendo a dos Distritos, la Col. Los Naranjos y Residencial Tecnológico, denominándose DH2 y DH3 respectivamente. -Representando la Zona D, la Col. Lagos, denominándose DH4

39 Tabla Características de los Distritos Pitométricos Fuente: Caracterización basado en información de INEGI y JUMAPA

40 Sondeos de Presión en los Distritos Pitométricos Previo a los trabajos de aislamiento de los distritos, se monitoreo las presiones de trabajo de los 4 Distritos, para tener en cuenta sus rangos y hasta cuanto podrían incrementarse al cierre de la zona, para evitar problemas con la red de distribución. Fig.3.08 Medición de presión, tomas domiciliarias Verificación del aislamiento de los Distritos Pitométricos En coordinación con el personal del área técnica de JUMAPA se llevo acabo la revisión del funcionamiento de algunas válvulas localizadas dentro de los Distritos, y el cierre hermético de las válvulas localizadas en los limites de los Distritos, este trabajo se realizó con equipo de detección de fugas, y consistió en la manipulación de la válvula, detectando auditivamente su cierre hermético. No se requirió de la rehabilitación de ninguna válvula por parte del área de mantenimiento del Organismo Operador. Ver localización de Válvulas en Anexo 04 La condición de la aplicación de la técnica de los Distritos es que estos estén totalmente aislados de la red de distribución, con excepción de las entradas y salidas, que deberán de contar con equipos de medición de caudales. La verificación del aislamiento de cada uno de los Distritos consistió en cerrar las válvulas limítrofes, introducir agua al distrito, después de un tiempo de llenado de la red suspender el servicio cerrando las válvulas de entrada al distrito hidrométrico, después de un tiempo considerable proceder a verificar que las presiones dentro del distrito bajaran a cero.

41 Instalación de los Medidores Domiciliarios De acuerdo a los términos de referencia se adquirieron 60 micromedidores con Data-Loger, marca Elser de W de diámetro, para ser instalados en los Distritos, a fin de llevar un registro continuo de los consumos en cada toma donde se coloquen. Para la instalación de medidores como resultado de un recorrido por toda la colonia se seleccionaron y propusieron a la JUMAPA domicilios para la instalación de los medidores nuevos, posteriormente el Organismo nos autorizo algunos de los domicilios para la instalación del medidor por colonia (su selección dependía de que el usuario no tuviera problemas con ellos). Tabla Total Medidores Instalados Fig 3.09 Instalación de un micromedidor electrónico A estos medidores ya instalados y durante el periodo de medición de consumos se les tomo una lectura diaria durante la operación de los Distritos (8 días continuos), así como 4 lecturas semanales; para que de esta manera se obtuviera el gasto real suministrado a cada vivienda, en im tiempo determinado que nos conduce a la dotación real per capita para cada tipo de usuario. Ver localización y lecturas de Medidores Instalados en Anexo 04 y Anexo 05 El programa de utilización de los medidores limito la preparación de los Distritos a poder operar simultáneamente dos, puesto que se instalaron 30 medidores en cada Distrito. Desafortunadamente algimos de los medidores Elser, no funcionaron adecuadamente y presentaron fallas en su ftincionamiento, y para llevar acabo el estudio de los distritos 3 y 4, el

42 Organismo nos proporciono 30 medidores CICASA, para poder llevar acabo un estudio completo Medición Global del Consumo Una vez levantado el catastro de la infraestructura y efectuando los sondeos exploratorios, se establecieron los requerimientos de estaciones de medición para cada uno de los Distritos, construyéndose: para el DPI, DP2 y DP4 una estación de medición por cada uno, y para el DP3 ninguna. Cabe señalar que en el DPI se coloco dos estaciones de medición a la bajada del Tanque Arboledas (uno que distribuye a la Col. Arboledas del Pedregal, otro que distribuye a las Colonias Santa Bárbara y Bosques del Sol). En el DP2, una estación de medición a la bajada del Tanque Naranjos. En el DP3, la estación también se coloco a la bajada del Tanque Residencial Tecnológico. Así mismo en DP4 se coloco la estación de medición en la entrada que abastece la Colonia Lagos. Ver localización en Anexo 04 En los Anexos 06 y 07 se muestran todas las tablas que contienen las mediciones efectuadas con los equipos registradores en cada una de las estaciones de medición de entrada y salida, así como los cálculos del volumen total ingresado por cada estación de medición con sus respectivas gráficas de gasto y presión, también se presentan todos los cálculos para obtener el volumen diario promedio de ingreso y de descarga con sus respectivas gráficas. Para el DP3 no se dispuso de estación de salida. Además de que la variación de presión se debe (al igual que en el DPI y DP2), a la variación de nivel del tanque elevado de regularización. El volumen abastecido a los D.P (Vi) se calcula restándole al volumen de ingreso el volumen de descarga, lo cual significa el volumen total que se consumió dentro de los D.P ya sea por el propio consumo de los usuarios de los distritos más las fiígas que se presentan en la infraestructura hidráulica de los mismos distritos. Ver Anexo 08.

43 Tabla Promedio del Volumen Registrado en las Estaciones de Medición Resultados de los distritos pitométrícos Determinación del índice de pérdidas en distritos pitométrícos El cuadro presenta el análisis con los promedios para cada imo de los cuatro Distrítos. Ver Anexo 09. Tabla índice de Pérdidas en los Distrítos Como se puede observar en la tabla anteríor, en los Distrítos el índice de Consumo Mínimo Nocturno (ICMN ) es superíor al 20 %, por lo que se establece que las 4 zonas se presenta una alta incidencia de fugas. En los cuatro D.P se presentó la ley de demandas diarias, ya que los consumo en los distrítos presentaron un comportamiento lógico durante el día, puesto que las horas de máximo consumo se presentaron, conforme a lo siguiente:

44 En el DP 1 de las 06:00 a las 010:00 hr y de las 16:00 a las 19:00 hr En el DP 2 de las 06:00 a las 011:00 hr y de las 17:00 a las 20:00 hr En el DP 3 de las 07:00 a las 09:00 hr y de las 16:00 a las 19:00 hr En el DP 4 de las 07:00 a las 09:00 hr y de las 16:00 a las 19:00 hr Respecto a las horas de mínimo consumo estas se presentaron entre las 00:00 y las 05:00 horas para los cuatro D: P: Determinación de las dotaciones reales y dotaciones el día de la medición - Determinación de los consumos per capita. Simultáneamente a las mediciones de los volúmenes de ingreso y descarga, se determinó el consumo real individual con base en domicilios aleatorios representativos del estrato socioeconómico al que pertenecen los cuatro D.P, en los cuales se instalaron micromedidores nuevos. Ver localización y lecturas en Anexo 05 Tabla Clasificación Medidores Instalados Los periodos de lectura de los micromedidores se desarrollo en los periodos siguientes: Tabla Fechas y Periodos Medidores Instalados

45 Con los registros de las lecturas de los medidores se obtuvo el consumo diario para cada usuario doméstico y no doméstico. Para el caso de los usuarios domésticos se sumó el consumo diario durante los ocho días el cual se dividió entre el número de habitantes que hicieron uso del servicio en cada domicilio para obtener el consumo domestico per capita, promediando los resultados de los días en los que se llevaron acabo las lecturas a los medidores se obtuvo el consumo domestico per capita promedio diario en 1/hab/día. Para los usuarios no domésticos, estos se agruparon en cada distrito sus consumos y se dividieron entre el mismo número de usuarios, obteniéndose de esta manera el consumo no doméstico per capita, el cual se promedio de igual manera con los resultados de los días que se efectuaron las lecturas, obteniéndose el consimio no doméstico per capita promedio diario en l/toma/día. Fig 3.10 Registro de lectura a medidor inst. En los siguientes cuadros se muestran los consumos per capita obtenidos para cada tipo de usuario doméstico y no doméstico en los cuatro Distritos. Ver consumos en Anexo 10. Tabla Consumos Per-cápita de Usuarios Domésticos y No Domésticos

46 - Determinación del volumen consumido por los Usuarios de los D.H. El volumen consumido por los usuarios de los D.H (Vm) se determinó multiplicando el valor de la dotación per-cápita por el número total de usuarios y por el período de medición efectuado en cada distrito. En los siguientes cuadros se muestra el volumen total consumido por los usuanos en m durante el periodo de medición global de consumos. Tabla Volumen Consumido

47 Caudal perdido por fugas en Red de Distribución Determinación del volumen perdido en los D.P. La diferencia entre el volumen abastecido en el día promedio de la medición (Vi) y el volumen consumido realmente por los usuarios el día promedio de la medición (Vm) en cada D.P., es el volumen total de fugas (Vtp); si a este valor se le resta el volvimen de fugas en conexiones domiciliarias (Vft), entonces se obtiene el volumen de perdidas por fugas en la red de cada distrito hidrométrico (Vfr). (3.03) (3.04) (3.05) Donde: % OF = porcentaje de ocurrencia de fugas en tomas domiciliarias del sector al que pertenece el distrito hidrométrico. Qft.= caudal perdido por toma con fuga del sector al que pertenece el distrito hidrométrico. Así como en la siguiente tabla se muestran los resultados del volumen perdido en las fugas de la red de distribución de los cuatro D.H.. Ver cálculo de volumen en Anexo Resumen parcial de los resiütados para el cálculo de las perdidas en la red Tabla Volumen consumido por los Usuarios de los Distritos

48 Como parte final de los resultados se obtiene el porcentaje de perdidas en la red por cada estrato socioeconómico, en el siguiente cuadro se muestra Tabla Porcentaje de Fugas en Red Para efecto de los cálculos para la determinación de las perdidas en los cuatro sectores socioeconómicos se utilizaron los resultados del D.P. 3 solamente, para evitar un promedio, por lo tanto las perdidas estimadas de agua en la red es de l.p.s., para un servicio continuo de 24 horas que representa un 57.57%. En el Anexo 11 se muestran los cálculos correspondientes del volumen total perdido y el volumen perdido en la red. - Cálculo de fugas en la red de distribución. El caudal producido por el JUMAPA para el abastecimiento a la ciudad de Celaya, Gto., se cuantificó en 1,133 l.p.s. Para determinar el volumen total de agua que se pierde en las fiígas que se presentan en la red de distribución de Celaya, es necesario multiplicar el caudal total producido por el porcentaje de la población a la que representan los resultados de cada D.P. y por el porcentaje que representa lo que se pierde en la red respecto al total perdido, como se muestra en la siguiente formula: Q,pr=(QT)(CS)(%Ppr) (3.06) Donde: QT.- Caudal producido total. C.S.- Porcentaje de la población que representa el D.P. %Ppr.- Porcentaje de perdidas en la red.

49 Fuente: JUMAPA Tabla Representatividad de los Distritos

50 4. EVALUACIÓN DE FUGAS DE ACUERDO AL PROGRAMA DE OPERACIÓN El gasto perdido que resultó anteriormente supone que el sistema tiene un servicio continuo de distribución, es decir, no existen tandeos para los usuarios. Pero en el caso de la ciudad de Celaya, Gto., se presta un servicio de agua potable de forma tandeada, por sectores de la red de distribución, por esta razón el valor de las pérdidas por fugas en la red debe calcularse considerando solo las horas de suministro de agua por subsector. Sin embargo, como la cobertura de todas las coloitías no es del 100% de continuidad, es decir, en prácticamente todos los sectores se suspende el servicio de abastecimiento del agua de las 19:45 a las 4:00 en algunas zonas, de 19:45 a las 22:15 horas y solamente 3 pozos operan 24 horas, de tal manera que se tiene un promedio de 1017 horas de operación de los pozos contra 1728 que significarían la operación continua de todos los pozos, esta relación nos representa un porcentaje de ocupación de la infi-aestructura del %.