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Análisis de la eficiencia en los procesos de potabilización de agua desde una
perspectiva dinámica.
Autores y e-mail de la persona de contacto:
José Antonio Palomero González ([email protected])
Francesc Hernández Sancho
Departamento:
Grupo de Economía del Agua
Universidad:
Universidad de Valencia
Área Temática: Sesión Especial de Economía del Agua
Resumen: (máximo 300 palabras)
La potabilización es un conjunto de procesos que se aplican al agua para adecuarla y
que sea apta para el consumo humano. Este procedimiento está sujeto a unos costes de
producción y especialmente energéticos. En un escenario de crisis económica y cambio
climático se requiere apostar por una mayor eficiencia del proceso desde un punto de
vista tanto económico como ambiental. Cabe recordar que se trata de un servicio que
pagan todos los ciudadanos a través de las tarifas del agua. En este trabajo se plantea un
análisis de eficiencia del proceso de potabilización desde una perspectiva dinámica
haciendo uso de la metodología DEA-Window. Se analiza el comportamiento eficiente
de las plantas potabilizadoras que abastecen a la ciudad de Valencia durante el periodo
2008-2014. Se demuestra la utilidad de los resultados obtenidos en términos del ahorro
de costes y de un mejor servicio al usuario.
Palabras Clave: (máximo 6 palabras)
Eficiencia, potabilización, DEA-Window, abastecimiento agua.
Clasificación JEL:
1
1. Introducción
La potabilización se define como el tratamiento para adecuar el agua al consumo
humano modificando sus parámetros físico-químicos y biológicos para que no supongan
un riesgo para la salud. Este tratamiento consta de cuatro etapas: primera
(pretratamiento, oxidación y desinfección de cabecera); segunda (coagulación,
floculación y decantación); tercera (filtración) y por último, la cuarta etapa
(desinfección residual). Una vez tratada el agua se suministra a la red.
Los aspectos básicos que debe cumplir la potabilización son: higiénicos (eliminar las
bacterias, protozoos, parásitos que puedan ser riesgo de enfermedades ya que el agua es
un vector de enfermedades (World Health Organisation, 2011); y reducir la
mineralización y/o materias orgánicas que pueden originar trastornos fisiológicos);
estéticos (factores físicos como color, olor, turbidez y sabor, que aunque no constituyen
un problema que afecte la salud pública, se deben tratar ya que el agua debe ser
socialmente aceptada); y económicos (efecto corrosivo, la dureza del agua, etc. que
daña instalaciones y maquinaria) (Fawell, 2003; Orellana, 2005).
La calidad del agua viene determinada por la Directiva 98/83/CE que establece la
calidad de las aguas destinadas al consumo humano, siendo transpuesta al ordenamiento
jurídico español por el Real Decreto 140/2003. Este último tiene por objetivo:
“establecer los criterios sanitarios que deben cumplir las aguas de consumo humano y
las instalaciones que permiten su suministro desde la captación hasta el grifo del
consumidor y el control de éstas, garantizando su salubridad, calidad y limpieza, con el
fin de proteger la salud de las personas de los efectos adversos derivados de cualquier
tipo de contaminación de las aguas”.
Dicha normativa determina qué parámetros deben ser tratados y cuáles son los límites
que deben cumplir para que el agua no suponga riesgo para la salud humana. De hecho,
los factores que condicionan el diseño y gestión de la ETAP (Estación de Tratamiento
de Agua Potable) son el origen y la calidad del agua de la fuente de abastecimiento.
Según Rico Amorós (2004), el 68% de los municipios de la Comunidad Valenciana
dependen del agua subterránea, y el 32% restante del agua superficial. Sin embargo, la
situación en España es distinta ya que en un estudio de ese mismo año la AEAS
(Asociación Española de Abastecimiento de Agua y Saneamiento) indica que el origen
del agua distribuida en las redes urbanas es, en su mayor parte, superficial (74% del
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total), seguida del subterráneo (19% del total), manantiales (3%) y desaladas (4%)
(AEAS, 2004)
La Orden de 11 de mayo de 1988 fue dictada para trasponer al Derecho español la
Directiva CEE 75/440, de 16 de junio de 1975, relativa a la calidad de las aguas
superficiales destinadas a la producción de agua potable en los Estados miembros. Esta
orden ministerial fue modificada el 15 de octubre de 1990 y el 30 de noviembre de
1994. En ella se definen tres categorías según el nivel de tratamiento que necesita el
agua para adecuarla a la legislación vigente: A1, A2, y A3. La categoría A1 sólo
requiere un tratamiento físico y una desinfección para ser apta para el consumo humano.
El tipo A2 necesita un tratamiento físico, uno químico y una desinfección. Por último, el
tipo A3 supone un tratamiento físico-químico intensivo y una desinfección.
Las cuencas españolas se pueden clasificar según el nivel de tratamiento que necesiten
en las categorías anteriores, siendo las cuencas con calidad A1 las del Guadiana, Norte y
Tajo; con calidad A2, Guadalquivir y Ebro, mientras que la calidad A3 o inferior
incluye a las cuencas del Segura, internas de Cataluña, Andalucía y las del
Mediterráneo.
Socialmente, aunque el agua potable que se suministra en la red de abastecimiento no
suponga riesgo alguno e incluso sea de calidad, para el consumidor existe un factor muy
importante a la hora de decidir si consumir agua embotellada o agua de la red de
abastecimiento: la percepción del agua. Este factor no está relacionado con los datos
analíticos. Hay un amplio espectro de creencias sobre el consumo de agua, la
conservación, el control y la gestión. Sin embargo, sí que hay un patrón más o menos
repetido sobre el agua potable: es vista como un derecho humano y como un recurso
público cuya conservación es importante y cuyo valor va más allá de la tarifa pagada
(Noga et al., 2013).
Una serie de estudios indican que los parámetros que más influencia tienen en la
percepción de la calidad del agua son: las propiedades organolépticas (olor, sabor y
color), riesgo de agentes químicos, la confianza en la empresa explotadora, la
información que reciben sobre la calidad del recurso, la cultura preexistente sobre el
consumo de agua de grifo (percepción del estado de la red de suministro como factor
principal) y factores demográficos (Jardine et al., 1999; Levallois et al., 1999; Doria
et,al., 2005; Jones et al., 2007; França et al., 2009).
3
2. Objetivos
El objetivo del trabajo consiste en evaluar la eficiencia en los procesos de potabilización
de agua desde una perspectiva dinámica mediante un caso práctico. También se
intentará analizar los posibles cambios en el comportamiento eficiente a lo largo del
tiempo con el fin de identificar sus determinantes.
3. Metodología
La metodología DEA (Data Envelopment Analysis) se define como una técnica de
medida que se usa para evaluar la eficiencia relativa de las llamadas unidades de toma
de decisiones DMU (Decision Making Units). Se basa en las llamadas funciones
frontera desarrolladas por Charnes, Cooper y Rhodes en 1978 y utilizadas como
referente para la obtención de medidas de eficiencia para cada unidad productiva
(Charnes et al., 1978).
Para evaluar la eficiencia, esta metodología construye una frontera formada por las
unidades más eficientes de la muestra mediante el uso de técnicas de programación
lineal y bajo el supuesto de rendimientos variables. De este modo, una unidad se situará
en la frontera (será eficiente) cuando obtenga el máximo output dado, o bien, utilice un
mínimo de inputs para producir un output determinado, según se utilice un enfoque de
análisis en input u output respectivamente. El resto de unidades medirán su eficiencia en
función de su distancia respecto a la frontera. Uno de los puntos fuertes de esta
metodología es que los inputs y outputs pueden representarse en unidades tanto físicas
como monetarias.
A lo largo de la literatura existen diversos estudios de eficiencia llevados a cabo en el
ámbito de la depuración y fijación de tarifas (Hernández-Sancho et al., 2004, 2011;
Sala-Garrido, 2012); en la medida de la productividad de los sistemas de agua urbanos
(Worthington, 2014); la evaluación de los usos urbanos del agua (Ananda, 2014); la
evaluación de los efectos de las economías de escala (Guerrini et al., 2013); la gestión
de fugas en los sistemas de abastecimiento (Kulshrestha et al., 2013; Choi et al., 2015) o
para analizar la eficiencia del suministro del agua por parte de las asociaciones público-
privadas (lo Storto, 2013).
Con el fin de evaluar la eficiencia a lo largo de un periodo de tiempo, en este trabajo se
plantea abordar un análisis dinámico mediante la metodología conocida como DEA-
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Window. Este método se basa en el principio de medias móviles (Charnes et al, 1994) y
es útil para detectar tendencias en la evolución de la eficiencia a lo largo del tiempo.
Cada unidad en un período diferente es tratada como si fuera una unidad distinta. De
este modo, el comportamiento de una unidad productiva en un período concreto se
compara con su propio comportamiento en otros períodos de tiempo y, además, con el
del resto de unidades objeto de estudio. Ello incrementa el número de referencias de
comparación para el análisis lo cual resulta muy útil sobretodo en muestras pequeñas.
Se consideran N DMU’s de las que se cuenta con observaciones para
los periodos , utilizando todas ellas r inputs para producir s outputs. La
muestra se compone de observaciones de manera que cada observación n en el
periodo t, (DMUnt) tiene un vector de inputs r-dimensional y
uno de outputs s-dimensional .
Tomando como punto de partida el momento y con una amplitud
temporal se expresaría como y el número de observaciones
incluidas sería .
La matriz de inputs quedaría expresada como:
Y la matriz de outputs se representaría como:
La aplicación de la metodología DEA-Window para cada DMU’t implica la resolución
del siguiente problema de programación lineal:
De este modo se obtiene un índice de eficiencia global cuyas variaciones pueden ser
debidas a cambios en el aprovechamiento de los recursos o a razones técnicas o de
gestión. También es importante tener en cuenta que se trata de una metodología de
5
comparación, de forma que a mayor número de unidades en la muestra los resultados
serán más robustos. De hecho, para asegurar la representatividad de dichos resultados
debe garantizarse el cumplimiento de la llamada regla de Cooper, la cual indica que el
número de unidades objeto de estudio debe ser como mínimo el producto de los inputs
por los outputs o tres veces la suma de los inputs y outputs, es decir,
.
4. Aplicación Empírica
Se plantea un caso de estudio para la ciudad de Valencia que cuenta con una población
de 786.424 habitantes (INE 2014). Su abastecimiento de agua procede de dos
Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAPs): “La Presa” y “Picassent“ (El
Realón). La primera cuenta con tres líneas de tratamiento: Baja, Alta I y Alta II y se
puede abastecer del canal Júcar-Turia y/o del río Turia mientras que la segunda tiene
una única línea de tratamiento y su fuente de suministro es el canal Júcar-Turia.
Los datos necesarios para la investigación han sido facilitados por la empresa
explotadora de agua potable en Valencia EMIVASA (Empresa Mixta Valenciana de
Aguas Sociedad Anónima) y el Ciclo Integral del Agua del Ayuntamiento de Valencia
dentro del periodo de estudio 2008 - 2014.
De cara a aplicar la metodología anteriormente descrita se identifican en primer lugar
las unidades (DMUs) que constituyen la muestra objeto del estudio. Cada una de las
líneas de tratamiento para cada año se considerará como una DMU. Por tanto, la
existencia de cuatro líneas durante un periodo de siete años supondrá una muestra con
veintiocho unidades (Tabla 1).
Baja Alta 1 Alta 2 Picassent
2008 DMU 1 DMU 8 DMU 15 DMU 22
2009 DMU 2 DMU 9 DMU 16 DMU 23
2010 DMU 3 DMU 10 DMU 17 DMU 24
2011 DMU 4 DMU 11 DMU 18 DMU 25
2012 DMU 5 DMU 12 DMU 19 DMU 26
6
2013 DMU 6 DMU 13 DMU 20 DMU 27
2014 DMU 7 DMU 14 DMU 21 DMU 28
Tabla 1: DMUs analizadas. Fuente: Elaboración propia.
En cuanto a las variables seleccionadas como inputs en el proceso han sido: coste en
reactivos, energía y operación y mantenimiento de instalaciones. Los costes de personal
no han sido contemplados debido a que no se contaba con información suficientemente
desagregada. Con relación a los outputs se han considerado los porcentajes de
eliminación de la turbidez y de E. Coli. Se trata de dos parámetros claramente
representativos de la calidad del agua. Ciertamente, la disponibilidad de datos con la
necesaria desagregación ha sido factor determinante en la selección de las variables de
la muestra.
Dada la relevancia del vector de inputs en los procesos de potabilización sobre todo a la
hora de reducir costes para alcanzar los niveles de calidad exigidos por la normativa, se
abordará a continuación una descripción más detallada de los mismos.
En primer lugar y, de manera global, se observa en el Gráfico 1 la distribución de
costes, en media, en una ETAP. La partida más importante es la energía con un 51 por
ciento respecto al total, seguida de los costes de operación y mantenimiento con un 27
por ciento, siempre respecto a los costes totales sin considerar los gastos de personal.
Esta relevancia de los costes energéticos merecería una atención especial dada la
influencia no sólo económica sino también ambiental del consumo de energía.
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Gráfico 1: Costes de una ETAP en porcentaje. Fuente: Elaboración propia
Es evidente que el peso relativo de los costes energéticos en un proceso de
potabilización va a estar condicionado tanto por los precios de la energía como por la
propia eficiencia energética de las líneas de tratamiento. En el Gráfico 2 se puede
observar la evolución de los costes de la energía para cada una de las líneas analizadas.
En primer término llama la atención el elevado contraste en el comportamiento de las
diferentes líneas ya que, por un lado, Alta 2 es la que muestra los mayores niveles de
coste y, además, han aumentado en los años más recientes, frente al caso de Baja, que
siendo los más bajos todavía presentan una tendencia decreciente. Asumiendo una
gestión de precios similar para el conjunto de líneas sería conveniente la realización de
un análisis detallado del consumo energético con el fin de identificar los factores
explicativos de las ineficiencias.
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Gráfico 2: Evolución de los costes en energía en el periodo 2008 – 2014. Fuente:
Elaboración propia.
La segunda partida en importancia dentro de los costes de potabilización corresponde a
la operación y mantenimiento de las instalaciones. Aunque se trata de un concepto
ciertamente amplio y heterogéneo también requiere una cierta atención en cuanto a la
posible adopción de medidas de ahorro de costes.
Tal y como se muestra en el Gráfico3 la evolución temporal de esta partida ha sido
globalmente descendente para el conjunto de las líneas de tratamiento analizadas. Esta
tendencia a la baja se manifiesta con mayor intensidad a partir de 2011. Se pone de
manifiesto el esfuerzo realizado en este ámbito. Ciertamente sería importante poder
evaluar si la reducción de costes experimentada ha respondido a una mejora en la
eficiencia o a un hipotético déficit en el mantenimiento y conservación de las
instalaciones. Este segundo caso supondría una estrategia muy negativa con nefastas
consecuencias especialmente a medio y largo plazo.
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Gráfico 3: Evolución de los costes en O&M en el periodo 2008 – 2014. Fuente:
Elaboración propia.
Por último, en lo que se refiere al coste de los reactivos es el de menor magnitud en
términos globales aunque se muestra una gran disparidad entre las distintas líneas de
tratamiento. Según la información presentada en el Gráfico 4, resulta destacable la
elevada variabilidad existente en los niveles de coste sobre todo en las líneas Alta 2 y
Picassent. Además, llama especialmente la atención que estas dos líneas tuvieran unos
valores muy similares en 2012 mientras que en 2013 y 2014 muestran unos
comportamientos totalmente opuestos. A diferencia de la partida de operación y
mantenimiento, en este caso se trata de un coste mucho más acotado y no habría
razones, a priori, para una alta variabilidad. Únicamente los cambios en la calidad del
agua a la entrada de la potabilizadora podrían llevar a un uso tan cambiante de los
reactivos.
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Gráfico 4: Evolución de los costes en reactivos en el periodo 2008 – 2014. Fuente:
Elaboración propia.
5. Resultados
A la hora de aplicar el modelo DEA-Window anteriormente descrito se ha optado por
una orientación input dado que el objetivo que se plantea en los procesos de
potabilización es alcanzar unos niveles de calidad, que ya se encuentran debidamente
establecidos en el RD 140/2003, con el menor coste posible.
En la Gráfico 5 se observa la representación gráfica de los niveles eficiencia de las
distintas líneas de tratamiento de agua potable según los índices obtenidos para cada una
de las DMUs de la muestra.
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Gráfico 5: Evolución de la Eficiencia de la líneas de tratamiento de agua potable en el
periodo 2008 – 2014. Fuente: Elaboración propia.
Se constata que la línea de tratamiento Baja es la que presenta mayores índices de
eficiencia y, además, con carácter creciente ya que las diferencias con relación al resto
de líneas son más elevadas con el paso del tiempo. Ello es coherente con la descripción
de la estructura de costes y su evolución en cada línea realizada con anterioridad. La
segunda línea en cuanto al comportamiento eficiente es la Alta 1 aunque con una
evolución temporal muy estable. El resto de líneas se sitúan en valores de eficiencia
bajos y prácticamente constantes a lo largo del tiempo. Como extensión lógica a este
análisis se trataría de identificar los factores explicativos no sólo de las significativas
diferencias en eficiencia entre la línea Baja y el resto sino también de la disparidad en
su evolución temporal.
6. Conclusiones
Todo proceso productivo debería tener un comportamiento lo más eficiente posible. La
potabilización, como ejemplo de un proceso de producción, debe ofrecer un producto, el
agua, con la máxima calidad (determinada por el RD 140/2003) y con el menor coste
posible, teniendo presente el origen del suministro.
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La obtención del agua potable se ha gestionado desde un punto de vista principalmente
técnico dado que el objetivo fundamental era alcanzar la calidad marcada por el Real
Decreto citado, dejando en segundo plano la eficiencia del proceso. Por ello, un aspecto
novedoso de este trabajo es fijar la atención precisamente sobre la eficiencia en materia
de costes. Se utiliza una metodología que permite comparar la eficiencia relativa de los
distintos procesos de tratamiento a lo largo de un periodo de tiempo. Se trata del modelo
DEA-Window que se aplica sobre una muestra de instalaciones localizadas en la
Comunidad Valenciana. Se plantea un enfoque orientado en inputs con la pretensión de
minimizar los costes del proceso que permita obtener un agua potable de calidad según
la normativa vigente. Del análisis de costes se deduce que el factor de mayor influencia
en la eficiencia es el coste energético ya que representa más del 50% de los costes
totales, seguido del de operación y mantenimiento y el de reactivos.
El hecho de conocer el comportamiento eficiente del proceso de potabilización y qué
factores son los que determinan el nivel de eficiencia relativa supone una gran ayuda
para mejorar la gestión. Ser capaces de identificar aquellos elementos que están
generando ineficiencias en los procesos favorece la toma de decisiones tanto en el
ámbito de la prevención como de la corrección haciendo más sostenible la gestión del
recurso desde una perspectiva técnica, económica y ambiental.
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