Reducción agua no registrada en redes de agua potable: Metodología y aplicación a caso de estudio
- Autores: Andrés Ortega Ballesteros
- Directores de la Tesis: María Jesús Aguilera Ureña (dir. tes.), Alberto Jesús Perea Moreno (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Adolfo Peña-Acevedo (presid.), Manuel Jesús González Ortega (secret.), Raúl Sánchez Calvo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis:
El agua es uno de los recursos naturales más importantes para la humanidad. Además de ser esencial para la existencia y el bienestar humano, se trata de un recurso de alto valor económico, estratégico y social. La mayor parte del agua disponible en la hidrosfera es salada, 97,5% y no apta para el consumo humano directo. Del agua dulce restante, una gran proporción es de difícil acceso, pues se encuentra concentrada en glaciares y almacenada en acuíferos y tan solo un 1% se encuentra disponible en ríos y lagos.
Actualmente, los sistemas de distribución encargados de transportar el agua potable para su consumo se encuentran, en gran medida, obsoletos y sometidos a elevadas pérdidas. Uno de los indicadores principales utilizados para medir el nivel de pérdidas en un abastecimiento es el agua no registrada, diferencia entre el agua introducida en el sistema de distribución y el agua registrada en los medidores de los usuarios. El agua no registrada es un indicador de la eficiencia de las empresas en el suministro y distribución del agua. Las empresas gestoras de abastecimientos implementan diversas metodologías para reducir este valor, con el fin de conseguir un uso más eficiente del agua. Estas medidas se enfocan tanto a la reducción de pérdidas físicas, relacionadas con las fugas de la red, como a la reducción de pérdidas aparentes, relacionadas con los procesos de medición. Para la reducción de pérdidas físicas, una de las medidas que se emplea con mayor efectividad es la gestión de presión, generalmente, realizada mediante el control dinámico de válvulas reductoras de presión.
En el contexto actual de sequía se hace imprescindible la adopción de nuevas tecnologías para disminuir los niveles de agua no registrada y asegurar el suministro en el largo plazo, minimizando pérdidas, mientras que, a su vez, se mantiene y asegura la calidad del servicio a los usuarios.
2.Contenido de la investigación:
La Tesis Doctoral consta de seis capítulos que han dado lugar a la publicación de tres artículos en revistas de impacto, por lo que la tesis se ha elaborado como compendio de artículos.
En el primer capítulo se realiza una introducción a la materia de estudio, definiendo el agua no registrada, sus principales componentes y diferentes metodologías empleadas para su reducción. En este capítulo se incluye una publicación tipo editorial en la que se describen metodologías para gestión de presión en abastecimientos para reducción de fugas.
En el segundo capítulo se plantean los objetivos y la estructura de la tesis.
El tercer capítulo ha dado lugar una publicación en la que se identifican los principales desafíos a que se enfrentan las empresas de agua y se realiza un análisis bibliométrico para estudiar la producción científica al respecto e identificar las principales colaboraciones de la comunidad científica. Para ello, se han analizado un total de 9803 artículos científicos publicados desde el año 2000 hasta el 2020, obtenidos a través de la base datos Scopus y procesados mediante base de datos y software Vosviewer. Se ha analizado la evolución de publicaciones a lo largo del periodo de estudio y el tipo, las categorías en que se encuadran las mismas, los principales países e instituciones que contribuyen a la producción, los clústeres de autores palabras clave y las futuras líneas de investigación.
El cuarto capítulo de la tesis es una publicación científica en la que se propone un modelo de gestión de presión por punto crítico enfocado a la reducción de pérdidas físicas y, por consiguiente, de agua no registrada y a la mejora del nivel de servicio a los clientes en un sistema de abastecimiento. El nuevo modelo se prueba en condiciones reales de funcionamiento en la población de La Calera, Chile, gestionada por la empresa ESVAL: El modelo se construye a partir de los datos de lectura de caudal demandado en la zona y la pérdida de carga entre la salida la válvula reductora situada a la entrada de la población y los puntos críticos del sistema. Seguidamente, el nuevo modelo se implementa de forma dinámica en la válvula reductora de presión, con las consignas en los puntos críticos definidas por la empresa explotadora, y se describen los beneficios obtenidos a través de la evolución del mínimo nocturno, el consumo total de agua en el sector y el número de veces en que la presión de servicio en los puntos críticos cae por debajo de la presión mínima de servicio.
El quinto capítulo ha generado una publicación en la que se desarrolla un modelo de gestión de presión por punto crítico basado en el tiempo. Los modelos tradicionales de gestión de presión por punto crítico se basan en lectura de caudal instantáneo o conexión entre la válvula reductora de presión y el punto crítico. Sin embargo, esta lectura de caudal no siempre está disponible y la conexión entre válvula reductora y punto crítico puede ser costosa y compleja desde un punto de vista técnico y no siempre viable. En base a lo anterior, se propone un nuevo modelo SARIMA basado en el tiempo que relaciona la pérdida de carga entre la salida de la válvula reductora y el punto crítico frente al tiempo. El modelo se aplica en condiciones reales de funcionamiento en la red de abastecimiento de Noja, España, gestionada por la empresa GS Inima, demostrando que presenta una buena precisión y fiabilidad para mantener la presión objetivo el punto crítico, mostrándose como una alternativa a los modelos existentes en la actualidad.
Finalmente, en el capítulo sexto se recogen las conclusiones de la tesis, así como las futuras líneas de investigación propuestas.
3.Conclusión:
Las empresas de agua se enfrentan a desafíos comunes para el suministro y entrega de agua a sus clientes, los consumidores finales. Los principales desafíos que se identifican en la literatura son: incremento de la población, escasez de agua, envejecimiento de la infraestructura y el cambio climático. Esta situación ha atraído el interés de la comunidad científica, generando un incremento exponencial de la producción al respecto durante la última década y, especialmente desde el año 2015, cuando se acumula más de la producción científica en esta materia durante los veinte años que incluye el periodo de estudio. Se identifica que los principales eventos de sequía acaecidos en grandes áreas y ciudades, Ciudad del Cabo, Sao Paulo, California, Barcelona, Melbourne, como desencadenante de este incremento de la producción científica. Así mismo, se identifica que los países con mayor longitud de red de tuberías y cantidad de agua introducida a los sistemas de distribución, EEUU; CHINA son los que lideran la cantidad de artículos generados en esta materia.
La gestión de presión en un abastecimiento de identifica como la medida más eficaz para reducir los niveles de agua no registrada, debido a la relación directa entre presión de operación de la red y agua perdida por fugas. Comúnmente, los sistemas de gestión de presión se implementan sobre válvulas reductoras de presión, modificando de modo dinámico la consigna de estas, según diferentes patrones de funcionamiento establecidos por el operador para mantener la presión mínima requerida en el punto crítico del área suministrada y así maximizar la reducción de fugas.
El sistema de gestión de presión por punto crítico implementado en La Calera, Chile, consigue reducir el mínimo nocturno en la zona suministrada en un 10.12%, mientras que la cantidad total de agua ingresada al sistema se reduce únicamente en un 1.5%. Esto implica que la mayor parte de la reducción de agua ocurre durante el periodo nocturno cuando el ratio de fugas es más elevado. Durante el periodo diurno se incrementa de forma dinámica la presión media en el sector para satisfacer la demanda. Esto genera una reducción de un 52% de total de veces que la presión en el punto crítico cae por debajo de la mínima de servicio.
El modelo SARIMA de gestión de presión por punto crítico basado en el tiempo se muestra como una alternativa viable a los sistemas de gestión de presión por punto crítico tradicionales. La implementación del modelo en condiciones reales en la red de abastecimiento de Noja arroja que no hay diferencias significativas entre el modelo original frente al nuevo modelo SARIMA. El modelo SARIMA es una alternativa para situaciones en las que no es posible obtener lectura de caudal en la válvula reductora de presión o no es posible conectar ésta con el punto crítico o puntos críticos del sistema.
4. Bibliografía:
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