DISEÑO Y EVALUACIÓN DE DISTRITOS HIDROMÉTRICOS EN REDES DE AGUA POTABLE”

XII Simposio Iberoamericano sobre planificacin de sistemas de abastecimiento y drenaje

DISEO Y EVALUACIN DE DISTRITOS HIDROMTRICOS EN REDESDE AGUA POTABLE

Leonel H. Ochoa Alejo (1)(1) Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (IMTA); Paseo Cuauhnhuac No. 8532,Jiutepec,Mxico, C.P. 62550; Tel. 52-777-329-3600; Email: [email protected]

RESUMEN

Los distritos hidromtricos, DHs, (en ingls: DistrictMeteredArea) son zonas de una red de distribucin deagua potable que se aslan temporalmente para realizar la gestin de fugas. En este artculo se presentan losprocedimientos recomendados para implementar los DHs, especficamente sobre su diseo y construccin, yla aplicacin de pruebas de evaluacin de fugas. Se muestran algunos casos reales de estudio sucedidos enMxico, para ejemplificar los mtodos expuestos. Los resultados muestran que es necesario simular elfuncionamiento hidrulico de la red con el cierre de los DHs, para garantizar que su aislamiento no ocasioneproblemas de desabasto de agua en las reas adyacentes. Tambin, se demuestra la importancia del diseo delas estaciones de aforo y la seleccin de medidores. Finalmente, se anota que la Eficiencia Volumtrica delos DHs se puede realizar con cinco mtodos: Auditoria de fugas de corta duracin, consumo mnimonocturno, medicin con subdivisin nocturna, caudal mnimo sin consumo e indicador de fugas estructural;con la finalidad de solventar la dificultad que se tiene en la estimacin de los consumos de agua de losusuarios durante las pruebas.

Palabras claves: Distrito hidromtrico, fugas de agua, Eficiencia Volumtrica, redes agua.

ABSTRACT

Districts Metered Area, DMA's, (in Spanish: DistritosHidromtricos) are areas of a distribution network ofdrinking water that are isolated temporarily for leakage management. In this paper the recommendedprocedures for implementing the DMA's, specifically on its design and construction, and application ofleakage assessment tests. It shows some real case studies occurred in Mexico, to illustrate the methodsdescribed. The results show that it is necessary to simulate the hydraulic performance of the network with theclosure of DMA's, to ensure that your privacy will not cause water shortage problems in adjacent areas.Also, it demonstrates the importance of design of measurement stations and meter selection. Finally, it isnoted that the volumetric efficiency of the DMAs can be realized with five methods: Audit leakage of shortduration, minimum nocturnal measurement, subdivision nocturnal minimum flow without consumption andleak structural order to solve the have difficulty in estimating water consumption during the test users.

Key words: District hydrometric, water leaks, volumetric efficiency, water networks.

SOBRE EL AUTOR PRINCIPAL

Autor:Doctor en ingeniera por la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, UNAM. 34 aos de trabajoprofesional en sistemas hidrulicos urbanos y flujo a presin. Autor de 54 artculos en congresos y revistas.Profesor de hidrulica urbana y de fenmenos transitorios, UNAM. Profesor invitado por la UniversidadPolitcnica de Valencia, Universidad de Guanajuato, Universidad de Zacatecas, Tecnolgico de EstudiosSuperiores de Monterrey. Actualmente es especialista en Hidrulica en el IMTA.

INTRODUCCINEn el ao de 1980 la industria del agua potable delReino Unido propuso una tcnica para dividir la redde distribucin de agua potable en reas mspequeas, aisladas unas de otras hidrulicamente,con la intencin de mejorar la gestin del control delas fugas. El documento oficial de esta propuesta fueel Report 26 Leakage Control Policy&Practice,(UK WaterAuthoritiesAssociation, 1980). Las reasdivididas fueron llamadas DistrictMeteredArea(DMA); en el idioma espaol se les conoce comoDistritos Hidromtricos (DH).

Desde entonces, varias empresas de agua reportanestar trabajando en la gestin de las prdidas realesdesde finales de la dcada de los 80s; durante los90s hubo un auge en la conformacin distritoshidromtricos (DH) para facilitar la reduccin deprdidas. En general, se observa que los resultadosms exitosos y notables se empiezan a dar durantelos ltimos diez aos.

En trminos generales la propuesta original sobre laconformacin de distritos hidromtricos no hacambiado sustancialmente durante sus tres dcadasde existencia. Por ello, los xitos recientes puedenser adjudicados principalmente a dos factores: a) Alas experiencias (buenas y negativas) que se tuvierondurante los primeros esfuerzos realizados parareducir las prdidas reales en los sistemas de aguapotable; b) A las modernas herramientastecnolgicas, cada vez ms eficaces y eficientes, queno estaban disponibles anteriormente.

En los ltimos diez aos se ha afianzado la tcnicacomo la mejor prctica en la gestin de las prdidasde los sistemas de agua potable. Es por ello que, eneste artculo se expone la experiencia del autor sobreesta tcnica de DH; se presentan en primer lugar losprincipales criterios prcticos para conformarlos enla red de distribucin de agua potable, con la ayudade un modelo de simulacin hidrulica, y ensegundo lugar, se analizan los mtodos deevaluacin de la ocurrencia de fugas que msefectividad han demostrado en Mxico.

FUNDAMENTOS DE LOS DISTRITOSHIDROMTRICOS

Los distritos hidromtricos, DHs, son reas de la redde distribucin que pueden independizarsehidrulicamente unas de otras en forma temporal opermanente, por medio de maniobras en las vlvulasde seccionamiento, con la finalidad de realizarestudios de fugas (figura 1).

Figura 1. Distrito hidromtrico en una red deagua potable

Al cerrar las vlvulas que delimitan cualquierdistrito hidromtrico, el agua que entra por la tuberade suministro tiene dos destinos: a) Consumo deagua de los usuarios y b) Fugas en la red dedistribucin.

Desde esta perspectiva, las fugas en un distritohidromtrico se calculan con la diferencia delvolumen de agua suministrado, menos el aguaconsumida por los usuarios, en un perodo de tiempodado.

Fugas = Agua suministrada Agua consumida (1)

Esto implica que se debe establecer un clculoexacto del volumen de agua que ingresa y del aguaque se consume, en un tiempo perfectamentedefinido. Por ejemplo, si el perodo seleccionadopara el anlisis inicia a las 10:00 horas del da 3 deabril y termina exactamente a las 10:00 horas del da4 de abril, el volumen suministrado deber serprecisamente la diferencia de la lectura final delmedidor, menos la lectura inicial, registradas a las10:00 horas. Similarmente, el volumen de consumoser igual a la suma de los consumos de todos losusuarios conectados en el DH, registrados entre las10:00 del primero al segundo da del anlisis.

En la prctica el registro del agua suministrada seobtiene fcilmente si se instala un medidor de caudalcon registro continuo. Sin embargo, la estimacindel agua consumida es complicada, debido a losiguiente:

En un DH hay una gran cantidad de usuarios yse dificulta realizar las lecturas simultneamentey exactamente en la hora de inicio y finalizacindel perodo de estudio.

Algunas veces existen usuarios que no tienenmedidor o est descompuesto.

Durante la prueba, varios de los usuarios conmedidor no se encuentran en los domicilios o nopermiten el acceso a su propiedad.

Los medidores instalados pueden estardesajustados y arrojar errores de exactitud.

El personal de lectura puede cometer errores deregistro y procesamiento de datos.

Por lo tanto, se han desarrollado mtodosalternativos para resolver estos problemas yrobustecer las pruebas en los DHs, como el muestreode campo, anlisis en perodos prolongados,monitoreo continuo de caudales mnimos, pruebascon cierre de conexiones domiciliarias, etc.

Cuando se conforma un distrito hidromtrico, elcierre de vlvulas para su aislamiento puedeocasionar que las reas adyacentes de la red dedistribucin sean alteradas hidrulicamente. Sepueden presentar disminuciones de presin y decaudal, dejando incluso sin servicio de agua aalgunos usuarios de la red.

En estas circunstancias, es indispensable que seelabore una planeacin y diseo de los distritoshidromtricos, soportado con un anlisis en unmodelo de simulacin hidrulica, antes de ejecutarlas pruebas y la construccin y equipamiento de laestacin de aforo, con el fin de disminuir al mximolas afectaciones y prevenir las adecuacionesconstructivas correspondientes.

PLANEACIN Y DISEO DEDISTRITOS HIDROMTRICOS

La planeacin y diseo de los distritos hidromtricosse soporta conun modelo de simulacin hidrulicade la red, para analizar su operacin conjunta,optimizar su ubicacin, minimizar el nmero devlvulas de cierre, elegir la tubera de suministro ygarantizar su funcionamiento hidrulico. Pararealizar esta tarea aplica el procedimiento que sedescribe a continuacin:

Paso a) En el plano de la red se exploran lasposibilidades de ubicar distritos hidromtricos, bajolas reglas y recomendaciones siguientes(Hueb,1985): El tamao del distrito debe tener entre 500 y

3,000 conexiones, o entre 5 y 25 kilmetros delongitud de red.

En zonas donde se sospeche que hay una altaincidencia de fugas, el distrito hidromtrico debetender a ser de menor tamao.

Los lmites del DH deben coincidir condivisiones urbanas naturales, como son lneas deferrocarril, carreteras, avenidas, ros, canales,playas, lagos, etc. Tambin, se consideranimportantes las fronteras hidrulicas de la redpara delimitar el DH.

Al quedar aislado el DH, la red interna y externadebe tener presiones mnimas de 1 kg/cm2, anen horas de mximo consumo.

Se debe disponer solamente una tubera desuministro al DH. No obstante, si no se logracumplir con esta restriccin, entonces se eligendos o tres suministros como mximo. En casosextraordinarios es posible que se est obligado aelegir una tubera de salida de agua del DH. Nohay que olvidar que en cada uno de estos puntosde suministro o salida de agua representa unaestacin de aforo, que implica construccin,tiempo y costo adicionales.

El aislamiento del DH debe ser ejecutado con elmnimo de cortes de tuberas o cierres devlvulas.

Como ejemplo, se presenta el caso de la ciudad deZihuatanejo, Mxico, donde se definieron variosdistritos hidromtricos dentro de seis sectores de lared de distribucin de agua potable, un ejemplo dedos DHs ubicados dentro del sector SH-2, semuestra en la figura 2.

DH-1DH-2

Figura 2. Vista de dos DHs ubicados dentrodel sector SH-2 de la ciudad de Zihuatanejo,

Mxico.Fuente: Proyecto de asesora y supervisin de la

implementacin del proyecto de eficiencia hidrulicadel sistema de agua potable de Zihuatanejo, Gro.,

Informe, CAPAZ-SHIPSA, Enero 2007, Mxico.

Los detalles de los DHs conformados en el modelode simulacin hidrulica se presentan en las figura 3,donde se han sealado sus lmites, las vlvulas acerrar y cortes de tuberas para su aislamiento, y laposicin de la estacin de aforo.

Cerrarvlvula

Cerrarvlvula

Estacinde aforo

Lmitedel DH

DH-1

Estacinde aforo

Cerrarvlvula Cerrar

vlvula

Cortartubera

Lmitedel DH

DH-2

Figura 3. Detalles de los DHs de Zihuatanejoen el modelo de simulacin hidrulica.

Paso b) Despus de ubicar los distritoshidromtricos, es necesario que se simulen en elmodelo hidrulico para investigar si con losaislamientos propuestos se afecta el servicio de aguaa los alrededores y dentro de los propios distritoshidromtricos. En la ciudad de Zihuatanejo, losresultados del anlisis con el modelo hidrulicoindicaron que el aislamiento del DH-1 no causaalteraciones importantes de las presiones y caudalesde la zona (figura 4).

Tubera abierta Qentrada =1.18 L/s

Tubera abiertaQ salida = 13.82 L/s

Tubera abiertaQ entrada = 27.12 L/s

DH-1No-aislado

Caudal neto para el DH-1 Q DH =14.47 L/s

Presionesnormales deoperacin entoda la zona

Tubera cerradaQ entrada = 0 L/s

Tubera cerradaQ salida = 0 L/s


DH-1Aislado



Figura 4. Anlisis hidrulico del DH-1 deZihuatanejo, sin y con aislamiento fsico,

respectivamente.

En cambio, al aislar el DH-2 s se suspende elservicio de agua en algunas zonas adyacentes y laspresiones disminuyen en forma considerable, comose muestra en la figura 5.

Tubera abiertaQ salida =27.58 L/s



DH-2No-aislado







DH-2 Aisladouna entrada de agua

Presiones encero en toda la

esta zona(Sin agua)



Figura 5. Anlisis hidrulico del DH-2 deZihuatanejo, sin y con aislamiento fsico,

respectivamente.

Si sucede un problema como en el caso anterior delDH-2, en donde se deja sin servicio de agua a otrosusuarios fuera del distrito, se debe entonces probarcon otras entradas de agua o bien dejar una salida deagua para suministrar agua a la otra zona de la red.Es importante recordar que en cada salida y entrada

de agua al DH se debe instalar una estacin de aforo,para poder realizar las pruebas posteriores. En elcaso anterior de Zihuatanejo, una solucin viablepara el DH-2 fue dejar salir el agua por alguna de lastuberas que conectan al distrito con el resto de lared, como se muestra en la figura 6.




DH-2 Aisladouna entrada y una

salida de agua

Presionesnormales en

toda la esta zona



Figura 6. Anlisis hidrulico del DH-2 deZihuatanejo, aislado pero con una entrada y

una salida de agua.

Como se observa en la figura 6, con esta solucin deagregar una estacin de salida de caudal, laspresiones se normalizan y no se afecta elfuncionamiento de otras reas de la red dedistribucin de agua potable.

Paso c) Una vez que se concluya con la ubicacin yanlisis de todos distritos hidromtricos, se realizadiseo de las obras de aislamiento y estaciones deaforo, y se dibuja en un plano los DHs, con losdetalles constructivos y cantidades de obra,sealando las vlvulas que deben cerrarse durantelas pruebas para lograr los aislamientos (figura 7).

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Figura 9. Distancias mnima para instalar unmedidor de flujo electromagntico.

Fuente: Especificaciones tcnicas, Badger Meter delas Amricas, Ao 2000, Mxico.

MTODOS DE EVALUACIN DEFUGAS EN DISTRITOS

HIDROMTRICOSLos mtodos para la evaluacin de fugas en distritoshidromtricos, que se presentan en este artculo, sonlos siguientes:

a. Auditoria de fugas de corta duracinb. Consumo mnimo nocturnoc. Medicin con subdivisin nocturnad. Caudal mnimo sin consumoe. Indicador de fugas estructural

Los cinco mtodos estn soportados con pruebas decampo, que se deben realizar a partir de que se hacomprobado el aislamiento fsico del distritohidromtrico. Enseguida se describen losprocedimientos de aplicacin de las pruebas.

a. Auditoria de fugas de corta duracin

La auditoria de fugas de corta duracin consiste enrealizar un balance hdrico en un perodo de un daso mximo una semana.

La prueba se aplica mediante el siguienteprocedimiento:

Cerrar la vlvula de entrada de agua al DH, oapagar la bomba o re-bombeo, para que sedetenga su abastecimiento de agua.

Realizar el registro de lecturas en todos losmedidores domiciliarios (lecturas iniciales).

Abrir la vlvula de suministro de agua, encenderla bomba o re-bombeo y comenzar con elregistro continuo de caudales.

Dejar transcurrir el perodo elegido (24 horas,tres das o una semana).

Cuando se cumpla exactamente el perodoestablecido, se vuelve a detener el servicio deagua al DH, cerrando la vlvula de entrada,apagando la bomba o re-bombeo.

Registrar nuevamente las lecturas de losmedidores domiciliarios (lecturas finales) ycalcular el volumen suministrado en el perodo,a partir del registro continuo de caudales..

Calcular el volumen de consumo de agua,restando las lecturas iniciales de las finales demedidores domiciliarios y sumando todas lasdiferencias.

Calcular el valor de las fugas de agua, con ladiferencia del volumen de agua suministrado enel perodo, menos el consumo total registrado(ecuacin 1).

Aunque la prueba parece simple, en realidad escomplicada su aplicacin en campo, principalmentepor la molestia de los usuarios, el acceso a todos losdomicilios, el funcionamiento exacto de losmedidores, entre otros. Por eso se deben tomar todaslas precauciones, con avisos a los usuarios, revisinde medidores y equipos, etc.

En las grficas de la figura 10 se presentan losresultados obtenidos en un estudio piloto en un DHde la ciudad de Mxico, para evaluar los niveles defugas en la red de abastecimiento de agua potable,aplicando la auditoria de fugas en un perodo desiete das, con opcin de volumen promedio diario.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

15:3

0

20:4

5

02:0

0

07:1

5

12:3

0

17:4

5

23:0

0

04:1

5

09:3

0

14:4

5

20:0

0

01:1

5

06:3

0

11:4

5

17:0

0

22:1

5

03:3

0

08:4

5

14:0

0

19:1

5

00:3

0

05:4

5

11:0

0

16:1

5

21:3

0

02:4

5

08:0

0

13:1

5

18:3

0

23:4

5

05:0

0

10:1

5

15:0

0

HORA

CAUDAL (L/S)

El volumen promedio diario de suministro de aguafue de 436,062 litros.

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161

CONS

UMO(

Litros

)

NMERO DE USUARIO

CONSUMOS PROMEDIOS DIARIOS

El volumen promedio diario de consumo de agua fuede 309,075 litros.

Figura 10. Resultados del DH de la ciudadde Mxico.

Fuente: Proyecto de microsectores piloto para laobtencin de parmetros del control de prdidas de

agua de la zona a en la Ciudad de Mxico Informe,Proactiva Medio Ambiente-SAPSA, Abril 2011, Mxico.

En este caso, el volumen de fugas promedio diarioresult igual a:

VolumenFugas = 436, 062 309, 075 =126, 987 L

Que representa el 29.1% de fugas, respecto alvolumen suministrado.

b. Consumo mnimo nocturno

Como se ha visto, el clculo de la auditoria de fugasen perodos cortos sobre DHs, proporciona losvalores confiables de volmenes de fugas, siempre ycuando se realicen todas las lecturas de losmedidores domiciliarios y se tengan registros decaudales suministrados de manera simultnea.

Sin embargo, muchas veces es difcil o complicadodisponer de esos datos, y mientras ms grande sea elDH, las dificultades crecern, a un grado tal que serprcticamente imposible realizar tales mediciones.

Una prueba alternativa que se puede aplicar esrealizar una medicin continua de caudales durante24 horas, a la entrada de suministro de agua del DH,para analizar el comportamiento de los caudalesmnimos nocturnos, e inferir el nivel de fugasexistente en la red, a travs del llamado ndice de

Consumo Mnimo Nocturno, ICMN, que se calculacon la siguiente ecuacin (Hueb, 1985):

ICMN = QmnimoQmedio100 (2)

Donde:

ICMN = ndice de consumo mnimo nocturno, en %Qmnimo = Caudal mnimo nocturno, en L/sQmedio = Caudal medio, en L/s

En la figura 11 se muestra una grfica tpica desuministro de agua a un distrito hidromtrico, dondese observa que por la noche el valor del caudaldisminuye, debido al bajo consumo de los usuarios,pero no llega a cero, lo cual indica que hay unaposibilidad de fugas en la red.

Figura 11. Curva tpica caudal registrada enun DH.

Fuente: Sectorizacin de redes de agua potableComisin Nacional del Agua, julio de 2007, Mxico

De acuerdo con los valores indicados en la grficade la figura 10, el valor del ICMN es:

ICMN = 1.021.72

100 = 59.3%

La teora del ICMN se basa en la hiptesis de que enla noche los usuarios duermen y sus consumos sonmuy pequeos, por lo que el caudal suministradoser aquel que escapa por las fugas de la red. Noobstante, a la fecha hay pocos estudios queconfirman esta hiptesis, generalmente se cumple enDHs con usos domsticos, con medicin al 100%,sin depsitos y problemas de fugas dentro de lascasas, redes con servicio de agua continuo y dondeno existen usos fraudulentos.

El valor del ICMN es solamente un indicador deltamao del problema de fugas, si el ICMN es mayoral 20% quiere decir que en la red del sector hay unnivel importante de fugas y que es necesario realizaruna bsqueda de las mismas de manera intensiva

(Ochoa y Bourguett, 1998). En ningn caso, se debeinterpretar que el valor del ICMN expresa elporcentaje de volumen de fugas en un DH, respectoal volumen suministrado de agua.

Cuando existen consumos industriales, comerciales,hospitales, hoteles o de servicios pblicosimportantes, aunado a la existencia de depsitos enlos domicilios, el ICMN debe ser determinado con laecuacin siguiente:

ICMNIS = Qmin I nocturno SllenadoQmedio Imedio Smedio100

(3)

Donde:Qmin= Caudal mnimo que entra al DH (l/s)Inocturno= Consumo industrial nocturno medido (l/s)Sllenado= Caudal nocturno de llenado de tanques (l/s)Qmedio= Caudal medio diario de entrada (l/s)Imedio = Caudal medio diario industrial (l/s)Smedio = Caudal medio diario de llenado de depsitos(l/s)

En redes con servicio de agua discontinuo, serecomienda que se mantenga el suministro continuode agua al DH de 24 a 48 horas antes de realizar lasmediciones de caudal, para lograr una estabilizacinen los consumos en aquellas zonas que haninterrumpido su servicio previamente.

Existen diversas variantes en la aplicacin de lateora de consumo mnimo nocturno en redes deagua potable. Se utiliza para monitorear en formapermanente el comportamiento tpico de un distritodurante un tiempo prolongado, observando el ICMNes posible identificar algn cambio provocado por laaparicin de una nueva fuga en la red, o bien para irevaluando el ICMN ante un programa de reduccinde fugas.

3. Medicin con subdivisin nocturna

Si en el sector o DH que se tenga bajo estudio, hayuna sospecha importante de la existencia de fugas yse desea puntualizar las zonas que tienen msproblemas, se puede usar una tcnicacomplementaria de medicin y anlisis.

La tcnica consiste en cerrar temporalmente lasvlvulas internas, para formar pequeas zonasdentro del distrito hidromtrico, y medir el caudal deagua suministrada durante estos cierres (Hueb,1985). Es deseable que se realice la prueba durantela noche para obtener mejores resultados.

En la figura 12 se muestra el ejemplo de un distritode la ciudad de Monclova, Mxico, donde seobserva que el caudal suministrado al sectordisminuye conforme se van cerrando las vlvulasque impiden el paso de agua hacia las sub-zonas delDH.

Hora

Caudal suministradoa todo el sector

SH-3Cierre de la zona 2

Cierre de la zona 4

Figura 12. Registros de medicin de caudalen un DH subdividido por la noche en seis

zonas.Fuente: Proyecto de puesta en operacin del distritohidromtrico SH-3 de Monclova, Coahuila, Informe,SIMAS-WATERGY, Junio 2008, Mxico

Para analizar los resultados de mediciones entre laszonas y observar su incidencia de fugas, primero secalcula el consumo especfico lmite nocturno, CEL,en L/s/km, representativo del DH, el cual dependede caudal mnimo nocturno (CMN), la longitud de lared (L) y el porcentaje de entrega de agua a losusuarios, denominado como E:

E = CMN FugasCMN 100(4)

El valor de Epuede ser obtenido de la primeramedicin nocturna en el sector; la variableFugases el valor del caudal de fugas ocurrido durante lanoche, en L/s.

Para el caso de la ciudad de Monclova los valoresobtenidos en la prueba de mnimo nocturno fueron:E=63.71, CMN=17 L/s y la longitud total de la reddel sector es de 25.79 km, por lo que el valor CELcorrespondiente a esta prueba result igual a:

Despus, se calculan los consumos especficosnocturnos para cada zona en la que se dividi el DH,CEN, con la ecuacin:

CEN = Caudal Nocturno de la zona i (L / s)Longitud de red de la zona i (km)(5)

Luego comparan los CEN de cada zona con el CELdel distrito hidromtrico. Si el CEN es mayor que elCEL, la zona tiene un nivel importante de fugas y esnecesario realizar una localizacin intensiva de ellas.En la tabla 1 a 3 se muestran los resultados para eldistrito hidromtrico SH-3 de la red de Monclova,Mxico.

Tabla 1. Registro de divisin nocturna deldistrito hidromtrico SH-3 en Monclova.

Identificacin de vlvula Diam Vueltas Cierre Q (L/s)registrado

Q (L/s)Por zona

Estado inicial 02:45 17.00

Alimentacin colonia Salinas y Rogelio Montemayor 2 9 03:00 16.00 1.00

Alimentacin colonia Obreras 3er Sector 8 18 03:15 13.00 3.00

Alimentacin colonia Asturias 6 35 03:25 6.00 7.00

Alimentacin Zona industrial 8 35 03:35 5.50 0.50

Alimentacin Eva Samano 4 22 03:45 5.00 0.50

Tabla 2. Valores del CEN en el distritohidromtrico SH-3 en Monclova.

Zona Q (L/s) porzonaLongitud dezona (km) CEN por zona

Z1 1.00 2.88 0.347Z2 3.00 3.74 0.802Z3 7.00 11.02 0.635Z4 0.50 0.62 0.806Z5 0.50 1.42 0.352Z6 5.00 6.06 0.825

Tabla 3. Comparacin de valores del CENcon el CEL del distrito hidromtrico SH-3 en

Monclova.Zona CEN CEL delSH3 FugasZ1 0.347 0. 42 NoZ2 0.802 0. 42 SZ3 0.635 0. 42 SZ4 0.806 0. 42 SZ5 0.352 0. 42 NOZ6 0.825 0. 42 S

Se observa que de todo el distrito hidromtrico SH-3de Monclova, las zonas Z1 y Z5 no tienen fugasimportantes, por lo que los esfuerzos de bsqueda se

deben concentrar en las otras zonas donde el CENfue mayor que el CEL.

4. Caudal mnimo sin consumo

La prueba de caudal mnimo sin consumo consisteen medir el caudal mnimo, L/s, suministrado al DHdurante un perodo corto, menor a 24 horas, mientrasson cerradas sistemticamente las llaves de todas lasconexiones domiciliarias de los usuarios conectadosa la red dentro de la delimitacin de dicho DH.

La evaluacin del nivel de fugas con esta prueba serealiza aplicando siguiente expresin:

I fugas = QMnimo sin consumo(L / s)QMedio (L / s)100 (6)

Donde Ifugas es el valor designado como indicadordel nivel de fugas en porcentaje; Qminimo sin consumo es elgasto mnimo estabilizado en el momento en que elmayor nmero conexiones domiciliarias posibleshan sido cerradas; Qmedioes el caudal promedioobtenido de la medicin continua de caudal sincierre de conexiones. Con el indicador Ifugasse evalaentonces la hermeticidad volumtrica de la red

El valor que se obtenga de Ifugas, se compara con elporcentaje mnimo permisible de fugas, si elporcentaje llega a ser mayor al permisible, se tendrque hacer recorridos para la bsqueda delas fugas.

Como es de esperar, esta prueba causa molestias alos usuarios del sector, debido a la falta del serviciode agua, por lo que uno o dos das antes debespromover una campaa de apoyo por medio devolantes escritos y anuncios en los medios decomunicacin.

En la figura 13 se presentan los resultados de una delas pruebas de caudal mnimo sin consumo,realizadas en uno de los DH de la red de aguapotable de la ciudad de Quertaro, Mxico. Entoncesel indicador de fugas se calcula como sigue:

I fugas = 2.220.62 100 =10.67%

Se observa que el ndice de fugas es menor al 20%que la empresa de agua fij como permisible, por lotanto el DH no tiene un nivel de fugas considerable.

Medicin continua de caudal antes de la prueba(sin cierre de conexiones domiciliarias) Qmedio = 20.62 L/S

GASTO ENPRUEBA DECIERREDELA CELULA 65"LAS TERESAS" 1 al 2 de MARZO 2002

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

TIEMPO

GAST

O(LP

S)

UL T R A S ON IC O L P S

Medicin continua de caudal (con el cierre de conexionesdomiciliarias) Qmnimo sin consumo =2,2 L/s

Figura 13. Resultados de la prueba deconsumo mnimo en un DH de Quertaro.

Fuente: Proyecto supervisin del aseguramiento de lacalidad del programa de mejoramiento de eficienciade clulas de la ciudad de Santiago de Quertaro

Informe, CEA-IMTA, Mzo. 2003, Mxico

5. Indicador de fugas estructural

La evaluacin de la eficiencia volumtrica o nivelesde fugas en los DH determinada con las pruebasanteriores, refleja en buena medida la capacidad quetiene un sistema de abastecimiento para entregar elagua suministrada a la red hasta los usuarios y lamagnitud del volumen de las fugas existentes. Sinembargo, el valor de los niveles de fugas no

manifiesta de manera exacta el grado de deterioro delas tuberas, conexiones domiciliarias y otroselementos del sistema, ni considera la dimensin delDH.

Por esta razn, es necesario que se apliquenindicadores que dependan de la longitud, la presinmedia, el tiempo de servicio y el nmero de tomasdomiciliarias que tiene la red de distribucin. LaInternational Water Association (IWA) recomiendala utilizacin del ndice de Fugas Estructural (IFE)que se calcula mediante la siguiente ecuacin en elDH:

IFE = VIFUMF =VifdNt

ALr +BNt +CLt( ) pNt

(7)

Donde:

VIF = Indicador del volumen de fugas en el sector oDH, en L/acometida/da.UMF = Umbral mnimo de fugas, enL/acometida/da.Vif= Volumen anual de fugas, en litros, estimado conla auditoria de fugas de corta duracind = Tiempo de operacin del sistema deabastecimiento en el ao, en das.Nt = Nmero total de tomas domiciliarias registradasen el sector o DHA, B y C = Constantes que ponderan la variable queacompaan y que han sido determinadas con unanlisis estadstico de 20 pases; A=18 l/km.da.mca,B = 0.8 L/toma.da.mca, C=25 L/km.da.mcaLr = Longitud total de las tuberas de la red delsector o DH, en kmLt = Suma de las longitudes de todas las tomasdomiciliarias, en kmp = Carga de presin media en la red de distribucin,en m

Un valor del IFE igual a uno deber ser interpretadocomo el estado fsico ptimo deseable en un sectorde la red de abastecimiento. En la medida en queeste valor se incrementa, se interpreta que la red seencuentra ms deteriorada.

A continuacin se muestra un ejemplo sobre lacomparacin de dos valores del IFE, para unamisma localidad en la que se ha logrado unareduccin de fugas anual del 29.1% hasta el 25%.Las variables de las ecuaciones fueron tomadas delas mediciones realizadas antes y despus de lareduccin de fugas. Se observa que el IFE es mayor

si las fugas ocurren con mayores porcentajes en elsector.

Valores para un nivel de fugas del 29.1% delvolumen anual suministrado:

IFE =46'350, 255L365das 465

18 2.444km465

+ 0.8+ 25 2.79km465

8m

= 32.7

Valores para un nivel de fugas del 25.0 % delvolumen anual suministrado:

IFE =39'790,931L365das 465

18 2.444km465

+ 0.8+ 25 2.79km465

8m

= 28.1

Se observa que el IFE est ms alejado del umbralmnimo de fugas, para el caso de prdidas de aguadel 29.1%, que el de 25%.

CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES

Los distritos hidromtricos, DH, son la principalestrategia en la gestin del control de fugas en lossistemas de agua potable. Para que los DH seanefectivos debe ser diseados con el apoyo de unmodelo de simulacin hidrulica para evitar que suaislamiento provoque deficiencias hidrulicas en lared adyacente. El caso de la ciudad de Zihuatanejopresentado en el artculo es una demostracin clarade lo que sucede si no se realizan con el modelo.

La evaluacin de la eficiencia hidrulica yvolumtrica en distritos hidromtricos es unaactividad que se apoya en pruebas de campo, serealiza una vez que cada DH ha sido aislado einstrumentados con equipos de medicin de caudal.Los mtodos presentados ofrecen posibilidades deevaluar el nivel de fugas en el DH, el ms acertadoes el de la auditoria de corta duracin, no obstante suaplicacin se restringe a sistemas con medicin al100%, problema que persiste todava en muchospases de Latinoamrica.

Se recomienda robustecer los mtodos deevaluacin, sobre todo en la verificacin de losvalores permisibles dados en cada uno de ellos.Asimismo, para el indicador de fugas estructuraldeben realizarse ms pruebas locales, con lafinalidad de extender valores de las constantes A, By C.

Finalmente, se recomienda que cuando sedeterminan por primera vez los parmetros paraevaluar la eficiencia hidrulica y volumtrica desectores, se comparen con estndares establecidos enel mbito internacional, en la medida en que serealicen nuevamente, la comparacin se efectuarcontra los anteriores, para observar los avances en elincremento de eficiencia logrados.

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DISEÑO Y EVALUACIÓN DE DISTRITOS HIDROMÉTRICOS EN REDES DE AGUA POTABLE”