XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L AMH DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 AMH RESULTADOS DE ESTUDIO DE CAMPO PARA LA DETERMINACIÓN INDIRECTA DE LOS VOLÚMENES PRODUCIDOS CON BASE EN EL RECIBO DE LUZ ELÉCTRICA Hansen-Rodríguez Martha Patricia, Antúnez-Leyva Edgar y Rodríguez-Varela José Manuel Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos, México. C.P. 62550 [email protected], [email protected], [email protected] Antecedentes Actualmente las políticas para el subsector agua potable se están orientando a que los organismos operadores tiendan a manejarse con autosuficiencia técnica y financiera, esto es con estructuras y políticas empresariales, para lograr lo anterior es necesario partir desde el conocimiento de los caudales o volúmenes entregados por las fuentes de abastecimiento. De lo anterior se desprende la importancia de contar con una adecuada infraestructura de macromedición, basada en una correcta selección e instalación de equipos macromedidores, así como de un programa de verificación y mantenimiento que garantice la confiabilidad de su información. Paralelamente al desarrollo del proyecto de macromedición se deberá contemplar el establecimiento de un sistema de manejo y divulgación de la información obtenida, por medio de la cual se podrá obtener lo siguiente:            Cuantificación de la Producción. Obtener la información necesaria para realizar los balances hidráulicos del sistema. Conocer los componentes de las pérdidas hidráulicas del sistema. Conociendo los volúmenes producidos y los volúmenes facturados se puede obtener un indicador de la eficiencia comercial del sistema. Conocer el comportamiento hidráulico del sistema en tiempo real, para tomar decisiones operativas sobre el manejo del agua. Apoyar la formulación de políticas tarifarías. Proporciona información básica para la planeación del crecimiento del sistema en relación a las necesidades de nuevas fuentes de abastecimiento y capacidad de suministro a nuevos usuarios. Obtener información para realizar los diagnósticos de eficiencia de los equipos electromecánicos. Obtener información para evaluar el comportamiento del sistema acuífero equipo electromecánico. Medición de volúmenes a grandes consumidores. Medición de caudales de entrada y salida en plantas de tratamiento de aguas residuales y potabilizadoras. La macromedición y la ley de aguas nacionales El 1° de Diciembre de 1992 se publicó en el Diario Oficial de la Federación, La Ley de Aguas Nacionales, por considerarse de interés, para los organismos operadores, a continuación se transcriben algunos artículos que tienen relación con la macromedición. Articulo 7.- Se declara de utilidad pública. VIII.- La instalación de los dispositivos necesarios para la medición de la cantidad y calidad de las aguas nacionales. Artículo 26.- Se suspenderá la concesión o asignación para el uso y aprovechamiento de aguas nacionales, independientemente de la aplicación de las sanciones que procedan, cuando: II.- El concesionario o asignatario no permita que se efectúe la inspección, la medición, o verificación sobre los recursos e infraestructura hidráulica concesionada o asignada, hasta que regularice tal situación; Artículo 29.- Los concesionarios o asignatarios tendrán las siguientes obligaciones: V.- Permitir al personal de la "Comisión" la inspección de las obras hidráulicas utilizadas para explotar, usar o aprovechar las aguas nacionales, incluyendo la perforación y alumbramiento de aguas del subsuelo, y permitir la lectura y verificación del funcionamiento de los medidores y las demás actividades que se requieren para comprobar el cumplimiento de lo dispuesto en la presente Ley. VI.- Proporcionar la información y documentación que les solicite la “Comisión" para verificar el cumplimiento de las condiciones contenidas en esta Ley y en los títulos de concesión, asignación o permiso a que se refiere la presente Ley; Articulo 119.- La "Comisión" sancionará, conforme a lo previsto por esta Ley, las siguientes faltas: VII.- No instalar los dispositivos necesarios para el registro o medición de la cantidad y la calidad de las aguas, en los términos que establece esta Ley, su reglamento y demás disposiciones aplicables, o modificar o alterar las instalaciones y equipos para medir los volúmenes de agua utilizados, sin permiso de la “comisión". X.- Impedir las visitas, inspecciones y reconocimientos que realice la "Comisión" en los términos de esta Ley y de su reglamento; XI.- No entregar los datos requeridos por la "Comisión" para verificar el cumplimiento de las disposiciones contenidas en esta Ley y en los títulos de concesión, asignación o permiso. Descripción de la problemática El Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) trabaja de forma continua con los Organismos Operadores de Agua, Alcantarillado y Saneamiento (OOAPAS), entre algunas de las actividades que se desarrollan se encuentra el confrontar los gastos extraídos en las fuentes de abastecimiento que reportan AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A AMH PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 como dato anual. En muchos casos, la situación que se presenta en los OOAPAS es que la fuente de abastecimiento no cuenta con macro-medidor o bien el que está instalado no funciona debidamente. De aquí surge la idea de comenzar un análisis de la relación que existe entre los kilowatts hora (Kw/h) consumidos en el periodo de estudio reportados por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y la producción efectiva de la fuente de abastecimiento. Generalmente los Organismos Operadores cuentan con instalaciones eléctricas que suministran de forma directa al pozo, en algunos casos también abastecen la caseta de vigilancia u otros instrumentos como el alumbrado, sin embargo el análisis se realizó tomando en cuenta que en la fuente de abastecimiento, la energía que se consumiera fuera exclusivamente al equipo de bombeo y cuando mucho a una luminaria adicional. Cabe aclara que no se hizo ningún análisis de la calidad de la energía, que no entra dentro del objetivo, pero que sin embargo podría ser un factor en los resultados finales presentados y que hay que tener en cuenta en futuras evaluaciones. En el presente artículo se muestran los resultados de un análisis de información de consumo de energía eléctrica y producción de agua de algunas fuentes de suministro, con la finalidad de inferir el volumen producido basado en la lectura del consumo de energía eléctrica obtenido del recibo de la CFE y así tratar de obtener un método sencillo para apoyar al Organismo Operador en conocer la cantidad de agua que produce. En el estudio se hicieron análisis comparativos entre fuentes de abastecimiento que no cuentan con medidor y que su producción fue determinada mediante la instalación de un medidor ultrasónico portátil y en otras fuentes de abastecimiento en las que se cuenta con un medidor confiable y con registros de sus consumos desde enero de 2010 a mayo de 2014, todo esto con la finalidad de identificar la existencia de esta relación. Así como también se analizó la relación entre los volúmenes obtenidos de información confiable y los kWh reportados del recibió de energía eléctrica. Objetivo del estudio Analizar la relación existente entre el volumen producido y los kWh reportados en los recibos de energía eléctrica. Metodología Con la finalidad de analizar la relación entre las variables antes descritas se estableció la siguiente metodología: 1. Se invitaron a los organismos operadores de El fraccionamiento El Retiro, El Tule, Oaxaca, Tzintzuntzan, Michoacán, Erongaríacuaro, Michoacán, Emiliano Zapata, Morelos, por ser organismos pequeños que tienen fuentes con características parecidas y mediciones puntuales. 2. Se invitó al organismos operador de Tecate, B.C. a participar enviando información de sus pozos que cuentan con macromedidor instalado y verificado. 3. Se solicitaron los datos históricos de consumo de energía eléctrica y de caudal extraído o producido de cada uno de los pozos que reportarían. 4. Monitoreo de la producción de caudal extraído de las fuentes utilizando un medidor ultrasónico portátil. 5. Se analizaron los resultados. 6. Se emitieron algunas observaciones. Para el cálculo del gasto considerando el consumo de energía eléctrica de la bomba se utilizaron las ecuaciones siguientes. Donde: η = Eficiencia electromecánica, que es la relación entre la potencia de salida de la bomba (potencia mecánica hidráulica) entre la potencia de entrada (potencia eléctrica); Q = Gasto de la bomba (m3/s); = densidad del agua (1000 kg/m3); = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) H = Carga total de bombeo (m) = constante eléctrica trifásica (adimensional) V = Tensión eléctrica (Volts) I = Corriente eléctrica (ampers) = Factor de potencia (adimensional) Despejando el Gasto se obtiene: Monitoreo de la medición extraídos o producidos de caudales Cuando no exista macromedidor en la captación, y se desee determinar la producción de la fuente, se recomienda utilizar un medidor portátil del tipo ultrasónico o electromagnético, por la alta exactitud que ofrecen y la versatilidad en su uso. Este medidor debe estar certificado por un laboratorio de pruebas acreditado. La posición del medidor en la tubería de prueba debe ser en tramos rectos y preferentemente horizontales, asegurándose de que antes y después del medidor, no existan obstáculos tales como codos, válvulas, reducciones, ampliaciones, bombas, etc., que distorsionen el perfil de velocidades del agua en la sección de prueba. Normalmente se debe dejar una distancia equivalente a 10 diámetros aguas arriba y 5 diámetros aguas abajo del eje del medidor (ver figura 1). Sin embargo, actualmente hay en el mercado medidores que pueden reducir estas distancias, las cuales se pueden consultar en los respectivos catálogos del fabricante. Se podrá 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 tubería de pruebas esté completamente llena en toda su sección. También, para garantizar la medición adecuada, deberá evitarse colocar el medidor en aquellos tramos dónde existan burbujas de aire o sólidos en suspensión. AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A AMH PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 La medición de caudal suministrado se efectúa en intervalos cortos, del orden de 15 a 30 minutos. Si no se detectan variaciones de caudal de +/- 5% en el transcurso de un día, se considerará el valor registrado como el valor de gasto medio suministrado a la red por esta captación. En caso de que la fluctuación de caudal sea mayor a este porcentaje, se deberán practicar pruebas continuas al menos durante 24 horas, con el fin de obtener un valor promedio de suministro de agua en ese punto. El pozo tiene una producción aproximada de 635 mᶟ /día Cada kWh produce en promedio 4 mᶟ /mes Se obtuvieron datos desde el mes de enero de 2010 al mes de mayo de 2014. Los resultados se muestran en la gráfica uno: Figura 1. Posición de los sensores del medidor de caudal. Calidad de la energía El término de calidad de energía es muy amplio, puede definirse como la ausencia de interrupciones, sobretensiones, deformaciones de la onda senoidal, producidas por armónicas en la red y variaciones de voltaje suministrado al usuario; está relacionada con la estabilidad de voltaje, la frecuencia y la continuidad del servicio. Actualmente la calidad de la energía ha tomado mucha importancia, debido al incremento del número de cargas sensibles en los sistemas eléctricos, ya que pueden ocasionar efectos contraproducentes en los equipos y en el consumo de energía. Gráfica 1. Comportamiento del consumo de energía del pozo No 5 ubicado en el Fraccionamiento El Retiro, en Santa María del Tule Oaxaca. Donde en el eje de las x se colocó el mes reportado y en el de las y el consumo en kWh y la producción mensual (mᶟ /mes) calculada. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Tabla 1. Resultados obtenidos en el Pozo No. 5. Los siguientes disturbios afectan la calidad de la energía: TOTAL CALCULADO, 2010 256,940 Transitorios de voltaje.- son incrementos en el nivel de voltaje de corta duración, por lo general microsegundos y de amplitud variable. TOTAL REPORTADO, 2010 246,305 DIFERENCIA (2010) (mᶟ) 10,635 (%) 4% Depresión de voltaje.- es un decremento momentáneo en el nivel de voltaje. TOTAL CALCULADO, 2011 251,458 Amplificación de voltaje.- es un incremento del voltaje. TOTAL REPORTADO, 2011 245,796 Sobrevoltaje.- es una condición de voltaje elevado (arriba del valor nominal) que a diferencia de la amplificación, dura mucho más tiempo. Colapso.- es una perturbación de polaridad opuesta a la forma de onda normal. Bajo voltaje.- es una disminución del nivel de voltaje por debajo del 90% del valor nominal. Ruido.- es una distorsión de alta frecuencia en la forma de onda del voltaje (no necesariamente periódica). Interrupciones de energía.- por lo general se considera interrupción cuando el voltaje ha decrecido a un 15% del valor nominal o menos. Variación de frecuencia.- Este disturbio se presenta cuando la frecuencia del voltaje “sale” de las tolerancias permitidas; la mayoría de los equipos electrónicos son sensibles a esta fuerte variación, produciéndose un inadecuado funcionamiento en ellos. Resultados obtenidos Pozo No. 5, Fraccionamiento El Retiro, Santa María del Tule, Oaxaca DIFERENCIA (2011) (mᶟ) 5,662 (%) 2% TOTAL CALCULADO, 2012 256,293 TOTAL REPORTADO, 2012 240,909 DIFERENCIA (2012) (mᶟ) 15,384 (%) 6% Nota: Los datos reportados se tomaron del estudio Sistema de Información para Incentivar el Cobro y Pago del Agua (IMTA-FGRA, 2013) Al ver estas diferencias se pensó que podría haber una relación entre el volumen producido y los kWh utilizados en el mes para la extracción del agua. Sin embargo era importante conocer esta relación en otro pozo que contara con macromedidor funcionando y se tuvieran lecturas del mismo mes a mes, por lo que se le solicitó al municipio de Tecate participara con este estudio proporcionando los consumos mensuales de un pozo y los kWh reportados del mismo, por la CFE. Los resultados se muestran en la Gráfica 2: AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 AMH Pozo No. 6, Tecate, Baja California (con macromedidor instalado) Gráfica 5. Correlación entre el consumo total (kWh/mes) y producción mensual (mᶟ /mes), del pozo No 4. Agua Fría. Gráfica 2. Comportamiento de consumo de energía del pozo No. 6, Tecate, Baja California. Conclusiones Aunque visualmente parece existir una relación se analizaron las correlaciones de los datos y se obtuvo que existe una correlación del 35%, como se muestra en la Gráfica 3. En el estudio realizado se encontraron algunas coincidencias entre el volumen producido y los kWh, sin embargo las correlaciones obtenidas en algunos casos (35% a 40%) no son lo suficientemente buenas como para recomendar el uso del recibo de luz para determinar el posible consumo de agua presentado en el periodo. Este es un primer análisis pero se cree que es posible que se pueda llegar a mejores resultados y por ello se continuará con la pruebas, tomando en cuenta la calidad de la energía de la que hace uso el organismo operador. Aclaraciones Gráfica 3. Correlación entre el consumo total (kWh/mes) y producción mensual (mᶟ /mes), del Pozo No. 6, Tecate, Baja California. Se realizó lo mismo para el Pozo Agua Fría y los resultados se muestra en la Gráfica 4 Se preguntó qué había pasado en el periodo en que la se presenta el cruce entre el consumo de energía (azul) y la producción (rojo) y resultó que en ese periodo se había extraído el motor de la bomba para mantenimiento. Es importante aclarar que se debe de contar con un macromedidor instalado y en buen funcionamiento, no se está recomendando el calcular los gastos producidos con el recibo de energía, en lo que se está trabajando es en estudiar la relación existente entre los parámetros aquí presentados. Agradecimientos En esta primera parte participaron los organismos operadores de: El Fraccionamiento El Retiro, El Tule, Oaxaca; Tzintzuntzan, Michoacán; Erongaríacuaro, Michoacán, Emiliano Zapata, Morelos y Tecate, Baja California a los que se les extiende un total agradecimiento por su participación en el mismo. La correlación existente en este caso fue del 40%. Referencias Pozo No. 4, Agua Fría, Tecate, Baja California (con macromedidor instalado) . MANUAL DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO. Selección e instalación de equipos de macromedición. Comisión Nacional del Agua, Diciembre de 2007. Disponible en: www.cna.gob.mx. SAENZ, RODOLFO, Importancia de la macromedición, Tema perteneciente al Proyecto de Desarrollo Tecnológico de las Instituciones de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado, Lima – Perú: Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS), 1982. Disponible en: www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/012100.pdf. IMTA, 2014. Información obtenida en Programa de Indicadores de Gestión de Organismos Operadores (PIGOO) www.pigoo.gob.mx. IMTA-FGRA, 2014. Sistema de información para el cobro pago del agua www.fgra-cobro-pago.org.mx. Gráfica 4. Comportamiento de consumos de energía en el pozo No. 4, Agua Fría, en Tecate, Baja California. AMH XXIII C ON G R E S O N A C I O N A L DE H I D R Á U LI C A PUERTO VALLARTA, JALISCO, MÉXICO, OCTUBRE 2014 Manual de Incremento de Eficiencia Física, Hidráulica y Energética en Sistemas de Agua Potable. Comisión Nacional del Agua, noviembre del 2009, www.conagua.gob.mx. Ahorro y uso Eficiente de energía eléctrica, segunda edición, enero de 2009.comisión Nacional del Agua. Coordinación de Electromecánica. AMH