CARACTERIZACION DE PERDIDAS DE AGUA EN EL

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&$5$&7(5,=$&,21'(3(5','$6'($*8$(1(/6,67(0$'(',675,%8&,21
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8QLYHUVLGDGGHO9DOOH
5(680(1
En los pequeños sistemas de abastecimiento de agua, existe poca información referente a la eficiencia en la distribución,
cuantificación de pérdidas de agua y funcionamiento de los sistemas de micromedición. Esta situación es debida en gran
medida a la ausencia de sistemas confiables de medición y el seguimiento por las comunidades. Este trabajo se realizó
en el sistema de distribución de agua potable de la parcelación “El Retiro” ubicada al sur occidente de Cali. El
objetivo se orientó a determinar y caracterizar las pérdidas de agua especialmente la generada por error en la medición.
Los resultados del estudio indican que el 25% del agua puesta en distribución no es contabilizada. De esa porción el
81,6% corresponde a errores en la medición y un 18,4% a fugas en la red de distribución.
Se encontraron errores de medición altos, del orden del 40% para los medidores con registros superiores a 4 500 m3 y
para aquellos medidores con registros entre 30 y 1500 m3. El 41% de los medidores presentan registros diarios
mayores a 2 veces el caudal nominal definido por el fabricante. Los consumos de agua son del orden de 5000 l/ d para
el 80 % de los usuarios, lo que representa una dotación estimada de 834 l/hab/d.
3$/$%5$6&/$9(6
consumo per cápita, distribución de agua, error de medición, pérdidas de agua.
,1752'8&&,21
En los últimos años en los sistemas de abastecimiento de agua, además de los conceptos de
cobertura, calidad, continuidad, cantidad y costos se ha dado énfasis a los problemas relacionados
con el uso eficiente del agua. Eso implica el desarrollo de procesos orientados a la reducción de la
cantidad de agua empleada en las diferentes actividades de los sistemas; por lo tanto la pérdida de
agua es un tema de relevancia porque el agua es un recurso limitado y no siempre disponible
(Sánchez, 1999).
En los sistemas de agua son frecuentes las pérdidas en los diferentes componentes y corresponden a
los volúmenes de agua de captación, tratamiento, conducción, almacenamiento y distribución, bien
sea, por fugas visibles y no visibles, reboses, volúmenes utilizados en los procesos de tratamiento y
conexiones y sustracciones clandestinas de agua de los sistemas, además de las pérdidas de dinero
en el sistema comercial por deficiencias en los sistemas de facturación, cobro y recaudación
(Londoño, 1999). Hay cifras que indican la magnitud del problema: “en Colombia se desperdicia el
37,8% del agua potable que llega a los usuarios, lo que representa pérdidas por 70.000 millones de
pesos al año (24,3 millones de dólares al año)”; además del agua producida solo el 54% se factura,
el 46% son pérdidas de agua, y se recauda apenas el 27%. (El Tiempo, 1999).
Los errores de medición representan un importante componente de las pérdidas de agua causadas
por la imprecisión de los equipos y determinan la calidad y eficiencia de la medición afectando la
evaluación de las cantidades de agua en la red de distribución (Hueb, 2000). La ausencia de
medición en una red, priva a la empresa y a la comunidad de elementos esenciales para la gestión
técnica y económica del servicio.
Los fabricantes garantizan el medidor para que trabaje adecuadamente durante 5 años y algunos
hasta 7 años. Las normas colombianas ICONTEC, 1063 y 839 dicen que no se debe superar en un
mes, 50 veces el caudal nominal y no más de 2 veces el caudal nominal por día, por tanto deben
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cambiarse los medidores cada siete años o cuando el registro sea superior a 3000 m3 (Estrada,
1986El caudal nominal se refiere al caudal en el cual ocurre una pérdida de presión alrededor de
los 2,5 metros columna de agua, para el 50% del caudal máximo del aparato (Cavalcanti, 1983)
En numerosos sistemas de agua de América Latina, la desproporción entre el agua captada y
distribuida contra la cantidad de agua realmente consumida por la población, determina
ineficiencias considerables en la prestación del servicio, generando inequidad y baja accesibilidad
para la población. Las causas son múltiples: fallas en la infraestructura, débil administración y mal
uso de los usuarios. Al respecto IWSA, indica que para los países en vías de desarrollo, el
porcentaje de pérdida de agua varia entre 25–45%.
La medición de agua es una forma de atribuir responsabilidad al consumidor por consumo y los
costos asociados; sin embargo la medición es un proceso que tiene implícito conceptos que
normalmente son desconocidos por los administradores de los sistemas en especial en las pequeñas
comunidades. Los conceptos a tener en cuenta al momento de instalar los aparatos de medición son
(Cavalcanti, 1983): JDVWRPtQLPR, con el cual todo medidor debe comenzar a registrar, sin tener en
cuenta la exactitud; iQLFLRGHIXQFLRQDPLHQWR es el caudal a partir del cual el medidor comienza a
moverse de manera continua indicando el consumo; ltPLWHGHVHQVLELOLGDG es el caudal fijo sobre
el cual el medidor debe estar en funcionamiento; ltPLWHLQIHULRUGHH[DFWLWXG es el caudal a partir
del cual el medidor debe registrar con errores dentro del “campo de tolerancia”; lLPLWHVXSHULRUGH
H[DFWLWXG gasto máximo que debe registrar un medidor con una exactitud especificada y cDXGDO
Pi[LPR es el caudal para el cual la pérdida de presión es de 10 metros columna de agua.
Cavalcanti (1983) afirma que para los medidores nuevos el porcentaje de error admisible es de ± 2%
cuando trabajan con el caudal nominal y máximo; y para los medidores que superan los 4.500 m3 el
error admisible se encuentra entre ± 5% para los mismos caudales.
El desconocimiento de los conceptos mencionados indica limitaciones en la selección de los
medidores, pero sobre todo, desconocimiento del seguimiento, su administración y la efectividad
de su aplicación. Con este estudio se caracteriza la pérdida de agua en el acueducto “El Retiro”, de
la zona rural de Cali, la cuantifica y discrimina, teniendo en cuenta el error en la micromedición.
0(72'2/2*,$
El trabajo se desarrolló en cuatro fases, que incluyen principalmente; macromedición,
micromedición, caracterización de pérdidas y demanda de agua.
0DFURPHGLFLyQ
El acueducto “El Retiro” cuenta con un macromedidor de velocidad, con un diámetro de 6” (152
mm), localizado a la salida del tanque de almacenamiento. Para realizar la actividad de
macromedición se tomaron tres lecturas diarias, durante el período de estudio (8 días) con una
duración de 1½ horas comenzando a las 2:00 p.m., con intervalos de media hora con el fin de cubrir
el tiempo estimado para tomar las lecturas de los micromedidores (1 hora aproximadamente); con
estas lecturas se determina el volumen de agua que es puesto en distribución por la planta. Se
determinó el error en el medidor y se calculó el volumen de error.
0LFURPHGLFLyQ
Se realizó tomando lecturas diarias de todos los micromedidores, estas lecturas se tomaron en un
período de 1 hora aproximadamente. Se escogió el horario de 2:00 p.m. a 3:00 p.m. para realizar las
lecturas, por ser la hora de menor consumo de agua de los suscriptores. Se verifico la existencia,
estado y funcionamiento de los micromedidores y después de efectuar las lecturas se determinó una
muestra representativa para estimar el error en la micromedición.
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&DUDFWHUL]DFLyQGHORVPLFURPHGLGRUHVVHJ~QVXOHFWXUD
Para realizar las pruebas de exactitud, se definieron cuatro grupos de medidores, según su lectura.
La clasificación se hizo teniendo en cuenta un estudio realizado por una compañía brasileña
Companhia Pernambucana de Saneamento – Compesa, donde se observa una pérdida de precisión
gradualmente debido al desgaste del aparato. Los rangos definidos son los siguientes:
•
•
•
•
Medidores con lecturas menores o iguales a 1500 m3
Medidores con lecturas mayores de 1500 m3 y menores o iguales a 3000 m3
Medidores con lecturas mayores de 3000 m3 y menores o iguales a 4500 m3
Medidores con lecturas mayores de 4500 m3
'HWHUPLQDFLyQGHOWDPDxRGHPXHVWUDGHPLFURPHGLGRUHV
Para determinar el tamaño de la muestra se escogió la técnica estadística de las proporciones, para
una confiabilidad del 95%, considerando que el 90% de los micromedidores tienen un error de ±
5%. Se obtuvo un total de 25 medidores para retirar del sistema de distribución del acueducto y
realizar el ensayo de exactitud. El ensayo de exactitud se realizó en el banco de prueba Ford tipo
Standard de las Empresas Municipales de Cali EMCALI E.I.C.E. – E.S.P., quienes respaldaron la
ejecución de este trabajo.
&DUDFWHUL]DFLyQGHODVSpUGLGDVGHDJXD
Se realizo teniendo en cuenta el valor del volumen de pérdidas de agua correspondiente al error en
la micromedición, este volumen se traduce en un porcentaje de pérdidas de agua total y el
porcentaje restante se atribuyó a pérdidas en la red de distribución.
'HPDQGDGHDJXD
La demanda de agua para el acueducto “ El Retiro” se puede dividir en dos grupos: consumo
domiciliario y consumos especiales. Para los consumos domiciliarios se determinan rangos de
consumo. Una vez establecido el rango de consumo, se determinó la dotación por persona. Los
consumos especiales fueron definidos para colegios, clubes, jardines infantiles, etc.
5(68/7$'26
&RQWH[WRORFDO
La comunidad de “ El Retiro” se encuentra ubicada en el área suburbana al sur occidente de la
ciudad de Cali, en la cuenca del río Pance. Esta conformada por 118 lotes, con áreas de 1500 m2;
generalmente solo se construye un 35 % del predio y el resto se dedica a parqueaderos, piscinas,
zonas verdes y arreglos ornamentales. Por su condición socioeconómica un gran porcentaje de la
población económicamente activa posee formación profesional, normalmente laboran como
ejecutivos de alto nivel o empresarios. El retiro cuenta con suministro de agua potable que cubre el 100% de los predios de la parcelación y
el 90% de los establecimientos educativos situados en el sector. La planta consta de pretratamiento,
tratamiento y desinfección. El caudal de diseño es de 20 l/s y opera con un caudal de 10 l/s, el agua
tratada y desinfectada llega a dos tanques de almacenamiento subterráneos los cuales tienen una
capacidad de 244 m3 y 325 m3 aproximadamente, que representa el 29,3 % del consumo total, para
el día de máximo consumo. La conformación de la red de distribución es ramificada, la cual esta
constituida por tubería de PVC con diámetros menores e iguales a 152 mm. El sistema cuenta con
micromedidores para el registro de los consumos de los usuarios.
9ROXPHQVXPLQLVWUDGRDODUHG
La tabla 1 presenta el volumen total de agua suministrado a la red, de acuerdo con las lecturas del
macromedidor y los registros de los micromedidores, durante el período de estudio.
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Tabla 1. Volumen suministrado a la red diariamente
Macromedidor (m3)
820
815
790
700
690
560
800
5 175
Fecha
Feb 12 – Feb 13
Feb 13 – Feb 14
Feb 14 – Feb 15
Feb 15 – Feb 16
Feb 16 – Feb 17
Feb 17 - Feb 18
Feb 18 - Feb 19
Total
Micromedidor (m3)
643,4
612,4
571,9
513,3
523,3
425,1
561,1
3850,6
Al realizar la prueba técnica de exactitud al macromedidor, se encontró que el aparato está
conforme con los parámetros establecidos por EMCALI E.I.C.E. – E.S.P., donde la exactitud para el
caudal nominal de 39,4 m3/h es de 101,0 %. Este valor representa un error del + 1%, lo que
significa que el medidor está sobre registrando un volumen de agua de 51,75 m3, por lo tanto el
volumen real suministrado por la planta es de 5 123,25 m3. Este es el dato a partir del cual se realiza
el análisis. El caudal total mes (Qt) se obtiene a partir del caudal nominal de acuerdo con la
siguiente ecuación:
4W =
4Q
* 24K * 30G = 9456 P 3 / PHV
3
Con los datos registrados del estudio se tiene que el caudal mensual registrado por el medidor es de
19 406 m3 aproximadamente, este valor corresponde al 205 % del Qt mensual.
3pUGLGDVGH$JXD
El cálculo de las pérdidas de agua se estima de acuerdo con la diferencia entre el volumen
suministrado a la red, según registro del macromedidor y el volumen estimado por micromedición,
este volumen de pérdidas de agua es debido a errores en la medición (micro y/o macro) y/o fugas en
la red de distribución. El volumen total de pérdidas de agua es de 1272,593 m3, lo que corresponde
al 24,84% del volumen de agua suministrado.
0LFURPHGLGRUHVVHJ~QVXOHFWXUD
Los medidores se clasifican en cuatro categorías teniendo en cuenta el volumen acumulado en ellos,
estos datos se encuentran registrados en términos porcentuales la figura 1, los porcentajes se
presentan con respecto a los 116 medidores identificados en la red de distribución. De los 116
medidores el 78,5%, tienen un diámetro de ½” (12,7 mm), 12,93% tienen un diámetro de ¾” (19
mm), 2,59% tienen un diámetro de 1” (25,4 mm) y el 0,86% tiene diámetro de 2” (50 mm).
5%
22%
36%
9%
30 - 1500 m3
Más de 4500 m3
28%
1500 - 3000 m3
Dañados
3000 - 4500 m3
Figura 1. Caracterización de micromedidores según su lectura
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0HGLGRUHVVHJ~QHOFDXGDOGLDULRUHJLVWUDGR
En la figura 2 se presentan los porcentajes de todos los medidores de acuerdo a los registros
diarios. Se puede observar que de los medidores con diámetro de ½” (12,7 mm) el 41,75 %
registran por encima de dos veces el caudal nominal (2Qn), en los de ¾” (19 mm) el 46,66 %
registran caudales menores que el caudal nominal, en los de 1” (25 mm) el 100 % registran caudales
mayores a 2Qn y el medidor de 2” (50 mm) presenta registros menores que el caudal nominal. La
figura 3, presenta el porcentaje de error para los medidores. De acuerdo con los resultados del banco
de pruebas, ninguno de los micromedidores se encuentra dentro de los rangos admisibles de
exactitud.
41%
23%
M edidores con Q < Qn
M edidores con Qn < Q < 2Qn
M edidores con Q > 2Qn
Figura 2. Medidores de acuerdo a su
registro diario
100
90
80
70
60
50
40
30
% medidores con error
36%
0
20
30-1500 m3
3000-4500 m3
40
60
% de error
80
100
1500-3000 m3
más de 4500 m3
Figura 3. Error vs. porcentaje de medidores
con error
De la figura 3 se aprecia que el 80% de los medidores con lecturas entre 30–1500 m3 presentan un
porcentaje de error menor del 40%; el 80 % de los medidores que tienen lecturas entre 1500–3000
m3 presentan un porcentaje de error menor del 15%, el 80% de los medidores que tienen lecturas
entre 3000–4500 m3 presentan un porcentaje de error menor del 15% y el 80% de los medidores que
tienen lecturas mayores de 4500 m3 presentan un porcentaje de error menor del 60%.
&DUDFWHUL]DFLyQGHODVSpUGLGDVGHDJXD
En la figura 4 se representan los porcentajes de volumen de agua micro medido, volumen de error
por medición y volumen de fugas, con respecto al volumen total distribuido. El volumen
correspondiente a las fugas en la red de distribución se obtiene a partir de la diferencia del volumen
total de pérdidas de agua y el volumen por error en la medición. Este volumen es de 234,081 m3, lo
que corresponde al 18,4% del volumen total de pérdidas de agua. La caracterización de las pérdidas
de agua de acuerdo con los resultados obtenidos se encuentra representada en la figura 5.
20%
5%
18%
75%
Vol. micromedido
Vol. de error por medición
Vol. de fugas
Figura 4. Caracterización de volumen total
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82%
Por error en la micromedición
Por fugas en la red
Figura 5. Distribución del agua no
contabilizada
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'HPDQGDGHDJXD
El 85% de la población presenta un consumo menor de 5 m3/d; si se tiene en cuenta que el
promedio de habitantes por vivienda es de 6 personas, esto representa una dotación menor de 834
l/persona/día. De los 118 predios abastecidos por el acueducto “ El Retiro” , 99 pertenecen a
consumos domiciliarios, y 19 a consumos especiales (colegios, restaurantes, jardines infantiles,
ancianatos, clubes, etc.). Estos representan un volumen del 59,1% y 40,9% respectivamente, del
volumen total registrado por los micromedidores (Ver figura 6).
59%
41%
Volumen por consumos domiciliarios
Volumen por consumos especiales
Figura 6. Distribución del volumen
',6&86,21
El macromedidor sobrepasa en registro el valor propuesto para este tipo de aparatos. El caudal
nominal debe ser de 13,1 m3/h, y el valor obtenido es de 30,8 m3/h, o sea que es 2,13 mayor a lo
requerido. Aunque el macromedidor fue calibrado en fechas previas al estudio y los resultados de
exactitud son satisfactorios, el hecho de que esté superando diariamente el caudal nominal definido
por el fabricante genera incertidumbre en la medición del volumen real del agua distribuida.
Aunado a lo anterior ningún micromedidor funciona adecuadamente, presentando sub-registros;
generando más incertidumbre en el error y en el volumen de agua real que es consumido por los
usuarios. Teniendo en cuenta que el total de la muestra representativa de micromedidores se
presentó valores de exactitud por debajo del caudal de precisión, dando como resultado errores
mayores al admisible, cayendo en la zona de inexactitud no predecible; como tal los medidores
instalados en el acueducto “ El Retiro” no cumplen con las normas NTC 1063 y 839, definidas por
ICONTEC para los medidores en Colombia, pues el 41 % de los medidores presentan registros
diarios mayores a 2 veces el caudal nominal, en consecuencia hay mas incertidumbre en el error de
la medición. Adicionalmente el 31 % de los medidores presentan registros superiores a 3000 m3,
limitando de esa forma la exactitud en la medición.
El 80% de los medidores que tienen lecturas entre 30 – 1500 m3 presentan un porcentaje de error
del 40% y aquellos con lecturas mayores de 4500 m3 presentan un porcentaje de error del 60%; este
porcentaje de error es alto si se tiene en cuenta que Cavalcanti (1983) recomienda que para
medidores nuevos el porcentaje de error admisible es de ± 2% cuando trabajan con el caudal
nominal y máximo; y para los medidores que superan los 4.500 m3 el error admisible debe ser de ±
5% para los mismos caudales. El ato nivel de error para los medidores con lecturas menores a 1500
m3, es de esperarse si se tiene en cuenta que algunos de estos aparatos realmente han superado su
vida útil, dando completamente la vuelta en sus registros; mientras que los medidores con lecturas
mayores a 4500 m3 han superado su capacidad nominal. El 80% de los medidores que tienen
lecturas entre 1500 y 4500 m3 presentan un error de medición del 15%, este porcentaje de error
también es alto, porque el error esperado debe ser ± 2%.
Los resultados de la investigación indican que es necesario analizar exhaustivamente la aplicación
de la micromedición en este tipo de sistemas de abastecimiento de agua, pues en la práctica estos
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aparatos no garantizan exactitud en la medición y en la contabilización del agua distribuida. A esto
se suma los costos adicionales de inversión y de administración de la medición en unos aparatos que
no garantizan el cumplimiento de los objetivos de instalación. Una alternativa que puede ser
investigada es la instalación de medidores por zonas de servicio. Para un mayor control de las
pérdidas en el sistema seria más conveniente que los planificadores definan zonas de presión
controladas con redes sectorizadas, teniendo en cuenta que en la región andina se tienen altas
pendientes topográficas en los proyectos.
El acueducto “ El Retiro” presenta un porcentaje de pérdidas de agua del 25% con respecto al agua
total distribuida.GEste valorGesta acorde con lo definido por la IWSA, que para los países en vías de
desarrollo, el porcentaje de pérdidas de agua debe variar entre 25–45%. El volumen no
contabilizado por error en los medidores se estimó en 1038,5 m3, que representa el 81,6% del
volumen total de pérdidas de agua (20% del volumen total de agua distribuida); este valor era de
esperarse si se tiene en cuenta que los altos porcentajes de error obtenidos como resultado de las
pruebas de exactitud realizadas a los medidores.
El otro 5% de pérdidas se atribuye a la red de distribución la cual fue recientemente restituida. Con
base a estos resultados se estableció que el índice de rendimiento primario es de 75,16%, lo que
significa que si la planta entrega 100 litros, al usuario le llegan 75,16 litros. De acuerdo con el
índice de rendimiento del consumidor (75,75%) se puede decir que por cada 100 litros distribuido
por la planta, los usuarios consumen 75,75 litros. El índice de porcentaje de fugas presentado es del
5%, lo que indica que por cada 100 litros que salgan de la planta, 5 litros se pierden por fugas en la
red de distribución. El índice lineal de fugas encontrado es de 0,032 m3/m. lineal de tubería, el cual
esta por debajo de los estándares internacionales.
'HPDQGDGHDJXD
Para los usuarios del acueducto “ El Retiro” se encontró que el consumo per cápita es del orden de
834 l/hab./día. Este valor esta por encima de los rangos establecidos en el RAS-2000 para un
sistema de complejidad bajo. El estudio realizado por Rusche (1999) determinó que el valor del
consumo total para las zonas peri urbanas de la ciudad de Cali es de 256 l/hab./día, siendo 3,25
mayor el valor encontrado en este estudio. En lo que respecta a consumos especiales en las 10
instituciones observadas, 7 superan las dotaciones reportadas por la literatura con valores que
oscilan entre 176 y 950 l/alumno/día.
&21&/86,21(6
A partir de este estudio se encontró que el macromedidor supera en 2 veces el caudal total a
registrar mensualmente. El volumen registrado por los medidores durante el período de estudio fue
de 3850,6 m3, es decir, el 75,1% del volumen total distribuido por la planta.G Del total de medidores
instalados en la red, el 36% (41 medidores) presentan lecturas entre 30-1500 m3, el 28% (32
medidores) presentan registros entre 1500-3000 m3, el 9% (11 medidores) presentan lecturas entre
3000-4500 m3 y el 22% (26 medidores) presentan registros superiores a 4500 m3.G
En los resultados obtenidos en las pruebas de exactitud de los medidores se encontró, que el 100%
presentan error en la medición. El 80% de los medidores que tienen lecturas de 30-1500 m3
presentan un error de medición del 40%; los medidores que tienen lecturas mayores a los 4500 m3
un 80 % presentan errores en la medición del 60% y el 80% de los medidores con lecturas entre
1500-3000 m3 y de 3000-4500 m3, tienen un porcentaje del 15%.
El volumen de pérdidas de agua representa el 25% del volumen total puesto en distribución. El
81,6% del volumen de pérdidas de agua es por error en la micromedición y representa el 20% del
volumen puesto a distribución. Haciendo el balance se encontró que el 5% del volumen total
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distribuido se pierde por fugas en la red de distribución, esto representa el 18,4% de las pérdidas de
agua.
Se encontró que el 41% presentan consumos diarios superiores a 2 veces el caudal nominal definido
por el fabricante para cada uno de los diámetros de medidores, comprometiendo la exactitud de las
mediciones realizas con estos aparatos. El consumo per cápita predominante es del orden de 834
l/hab./día.
5()(5(1&,$6
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