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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
phansen@tlaloc.imta.mx, eantunez@tlaloc.imta.mx, manuel_rodriguez@tlaloc.imta.mx
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
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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.
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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:
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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.
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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.
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