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El Enfoque de EficienciaEl Enfoque de EficienciaWatergyWatergy
LLLa Eficiencia Como Alternativa de Menor Costo
Para contribuir a resolver la problemática en el suministro de
agua y saneamiento
Los Gobiernos en Latinoamérica y alrededor del mundo enfrentan batalla cuesta arriba para proporcionar agua potable a las poblaciones urbanas
Sólo la mitad de la población urbana en países en vías de desarrollo tiene acceso al agua potable
Para el año 2020 más del 50% de la población en los países en desarrollo será urbana… el problema se tornara más severo.(1)
En Mexico, 202585 % de la población será
urbana (1) Fuente; Alliance to Save Energía. Manual Watergy 2003
Problemática en el abastecimiento de agua
Por otro lado Se utiliza una enorme cantidad de
energía para el abastecimiento y tratamiento de agua a nivel mundial.
7 % del consumo mundial total de electricidad ( 27 de 381.9 Quads )
El consumo de electricidad de los sectores de agua potable y aguas residuales en los próximos 20 años se incrementará un 33% en todo el mundo
En México será mas critico para elevar la baja cobertura de saneamiento del 35% actual
Fuente; Alliance to Save Energía. Manual Watergy 2003
Total 206 m3/seg
Población
Disponibilidad de agua
En general los organismos producen suficiente agua para todos sus usuarios, pero su distribución está desbalanceada
Desbalance en la distribución de caudales
• Asignación inadecuada por zonas de influencia
Problemas típicos de operación
Pozo
H
Q med
Línea piezométrica
Tanque regulador
Q med
Línea piezométrica
Desaprovechamiento de infraestructura existente
• Operación inadecuada de tanques de regulación
Mayores Fugas
No se utilizan adecuadamente las
tecnologías para controlar presiones
Adicionalmente
Falta de sistemas de control de xfugas CHQ
Donde; H = PresiónC y H ctes en función del sistema
Operación empírica de las redes !!!!!!
Ajuste dePresión
De la Fuente
Válvulas reguladoras de Válvulas reguladoras de presiónpresión
Variadores de frecuenciaVariadores de frecuencia
Consumo de Energía Eléctrica
6.55% 7.12% 7.64%5.26%
10.85%7.89%
24.18%
30.52%
65.56%
19.07%
7.71%
2.54% 2.42% 1.03% 1.23% 0.45%0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
Menor a 20 000
De 20 000 a50 000
De 50 000 a 100 000
De 100 000 a150 000
de 150 000 a 300 000
De 300 000 a500 000
De 500 000 a1 000 000
Mas de 1 000 000
% de consumo de energía % de Municipios
Se consumen 3’771,508 MWh en sistemas de
bombeo municipal.
• En municipios mayores a 50 000 habitantes se consume mas del 80% de la energía.
•66 municipios de mas de 300 000 hab, consumen el 62.59% del consumo nacional
Consumos de Energía AdicionalesDerivados de baja eficiencia en operación hidráulica
Energía de bombeo utilizada por el usuario final
El 35% de los 22’361,255 de viviendascuentan con sistema cisterna-tinaco
consumo de energia total a nivel nacional 117’396,588.75 kWh/año $164’355,224.25 / anuales
Consumo energético de combustible en distribución de agua por medio de pipas.
45’779,770.87
Consumo total a nivel nacional 403’031,551.95 kWh/año $389’128,052.42 / anuales
Consumo Total de Energía a Nivel Nacional
Resumen Energía consumida kWh/año
Costo de la Energía$/año
Bombeo Municipal 3,771,508,305 $ 5,280’111,626.77 Bombeo Cisternas domestico 117,396,589 $164’355,224.25Pipas 403,031,552 $389’128,052.42TOTAL 4,291,936,446 $5,833’594,903.44
Bombeo Municipal
88%
Bombeo cisternas
3%Pipas
9%
Consumo de Energía Global
En México, los costos energéticos representan una carga muy pesada para los sistemas municipales de agua
02000400060008000
1000012000140001600018000200002200024000
Ingresos Totalesde las Empresas Municipales
De Agua En México
CostosEnergéticos
globales
Millones de Pesos ( 2006)
21,900
9.700
(1) Fuente: CNA EAM 2007 y Estimación consumo global de energía de Watergy México A.C.
•• La facturación de La facturación de energenergíía eléctrica a eléctrica impacta un 40 % de impacta un 40 % de sus ingresos totalessus ingresos totales
Ante este reto, la Politica Tradicional se ha enfocado a construir nueva infraestructura
Ejemplos de grandes proyectos en desarrollo
Megaproyectos de Abastecimiento
CostoMillones USD
CaudalM3/seg
Presa ArcedianoAbastecimiento a Cd. de Guad.
3,700 10.6
Zapotillo, JaliscoAltos de Jalisco y León
7,470 3.8
Presa ExtoraxAbastecimiento Querétaro
3,500 2.5
Ampliación Acueducto a Tijuana
1,200 1.3
Totales 1,400 MUSD
18.2 m3/seg
Se han gastado millones de
USD en nueva infraestructura
en lugar de eficientar la
existente
La Nueva Infraestructura Implica otros problemas
1. Equipos de bombeoy costos energéticos
adicionales
2. Efecto domino por inversiones adicionales en tratamiento y plantas de generación eléctrica
3. Degradación ambiental y Agotamiento de acuíferos
Sobreexplotación de Acuíferos
Año AcuíferosAgotados
1975 321981 361985 802001 972003 1022006 104
4. Crecimiento de la deuda pública y
5. en algunas ocasiones mayor desperdicio de parte de los usuarios
Los proyectos de eficiencia En cambio
Son más rentables y fáciles de implementar que los tradicionales proyectos de aumento de la capacidad de suministro
Se pagan solos con los beneficios enreducción de costosmejora en el servicio y aprovechamiento de la
infraestructura.
El Uso Eficiente de Energía en conjunto con la Eficiencia en la
Operación Hidráulica
Watergy ®Water and Energy
Efficiency
Una componente fundamental para resolver el problema
Oportunidades
Fuentes Demanda
Sistema de distribución
Optimizar el uso de energía para satisfacer las necesidades de suministro de agua al menor costo
Optimización de las perdidas en la
transformación energética en los
sistemas de bombeo
Promover la reducción de la demanda en los
consumidores , reducirá las
necesidades de agua y energía en todo el
sistemaRecuperación de caudales y
optimización del control
operacional.
Metodología Watergy
Enfoque Técnico WatergyEl Objetivo es optimizar todas las variables que impactan
El consumo y costo energético.
Energía = Potencia * Horas ( kWh)de servicio
Potencia = ( Q) ( Hb)µ
Potencia = ( K ) ( kW) µ
Q = Gasto de aguaHb = Carga Hidráulica o Altura Total
Variables, sobre las que podemos influirVariables, sobre las que podemos influir
Q = Gasto de agua
µ = Eficiencia electromecánica
Variables, sobre las que podemos influirVariables, sobre las que podemos influir
K, = Constantes, dependiendo del fluido ylas unidades
del Sistema de Bombeo
MODELACION HIDRAULICA DE REDES
Validar esquemas de redistribución
de caudal y control de presiones
PROYECTO DE EFICIENCIA
ENERGETICA
Medidas de ahorro de energía
convencionales( Corto Plazo)
BALANCE VOLUMETRICO
Análisis y propuesta de optimización de la
distribución de caudales
BALANCE DE AGUA (FUGAS)
Cuantificar los niveles reales de fuga y las
acciones de recuperación
PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGETICA INTEGRALPrincipales Componentes
Medidas de ahorro
que resultan de la optimización
hidráulica
PROYECTO DE EFICIENCIAHIDRAULICA
ANALISIS DE DISPONIBILIDAD
DE AGUA
Determinar los gastos aprovechables de las fuentes
disponibles
DIAGNOSTICOENERGETICO
PROYECTO DE EFICIENCIA
ENERGETICA
Determinar las componentes de mayor consumo de energía y por ende las
áreas de oportunidad
Energía eléctrica suministrada por la Compañía de Electricidad
Energía eléctrica suministrada al motorPérdidas Eléctricas
Pérdidas del Motor
Energía mecánica transferida a la bomba
Pérdidas en la
Bomba
Energía hidráulica suministrada por la bomba
Perdidas de Carga
Fugas Trabajo útil
Energía hidráulica disponible en la red
Sistema Eléctrico
Balance de EnergíaTrabajo de Bombeo necesario para llevar el agua al usuario final
Q x Hb
Energía Perdida en Conductores
Eléctricos1.5%
Energía perdida en el Motor
12.4%
Energía perdida en la Bomba
32.4%
Energía perdida en la Succión y
Descarga0.6%
Energía perdida en Conducción y
Carga4.3%
Energía perdida en Fugas de agua
5.9%
Trabajo Útil42.9%
Balance de Energía Suministrada, Actual.
Ejemplo de balance en 108 Sistemas de bombeo del Estado de México
Ventajas de usar Modelos de Simulación Hidráulica (1)
Mejor distribución de caudales y control de presiones, que induzca a:
• Mayor continuidad y nivel de servicio
• Menores pérdidas de agua y mayor disponibilidad de agua en las redes.
• Optimización del personal que actualmente esta operando válvulas para realizar labores mas productivas
Demanda minima(altas presiones)
Demanda máxima(bajas presiones)
Válvulas automáticas
El control de presiones en la red apoya a la disminución del
volumen de fugas
Ventajas de usar Modelos de Simulación
Hidráulica (1)
1. Reducir el flujo de agua al mínimo en consecuencia la demanda eléctrica.
2. Optimizar el numero de equipos de bombeo al mínimo estrictamente necesario
3. Reducir la carga de bombeo optimizando los esquemas de distribución.
• Ahorros de energía adicionales por :
• Determinar medidas para optimizar la distribución de caudales y presiones con la
menor inversión posible
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
50.00%
2.59%0.89%
2.44% 1.22% 1.85%4.49%
1.48%
5.02%2.05%
10.05%
3.03% 3.48%
18.15%
7.74%
12.50%
17.20%
24.04%27.27%
18.57%
30.35%
21.46%
36.71%38.25%
23.78%
27.63%30.11%
39.77%
28.10% 28.42%
32.86%
26.63%
38.48%
32.39%
41.56%
47.40%
33.64%
% de ahorro potencial por tipo de medida.
Corto plazo baja inversión Corto plazo mediana inversión Mediano plazo
Con mejoras en la operación hidráulica (cambio de operación), el potencial de ahorro de energía alcanzaria un 33.64%
Proyecto Piloto Edomex
Resumen de resultadosDel DEN
• Potencial de ahorro por acciones de corto plazo y bajo costo 3.48%, si solo se realizan las recomendaciones de mantenimiento
• Cambio de equipo conjunto motor-bomba 23.78%
http://www.ase.org/
Misión Misión PProveerroveer a a los organismos los organismos
municipales de agua y municipales de agua y saneamiento saneamiento herramientasherramientas paraparaadministrar conjuntamente los administrar conjuntamente los
recursos de Agua y Energíarecursos de Agua y Energía
Misión Misión PProveerroveer a a los organismos los organismos
municipales de agua y municipales de agua y saneamiento saneamiento herramientasherramientas paraparaadministrar conjuntamente los administrar conjuntamente los
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Watergy ® es un Programa Watergy ® es un Programa creado por :creado por :
•ONG sin fines de lucro, fundada en 1977
• Base principal Washington DC y con presencia en 23 países del mundo
Actividades representativas de Watergy México
Creación de Cultura y Políticas Publicas
90 Talleres de Capacitación 2003 – 2010
7 Seminarios Nacionales (Colaborando
con ANEAS y CONAGUA)
2 Watergy Border Forum
WatergyWatergy en la en la fronterafrontera Mexico EU:Mexico EU:•• Baja CaliforniaBaja California (Tijuana)(Tijuana)•• SonoraSonora ((GuaymasGuaymas))•• ChihuahuaChihuahua (Hidalgo de (Hidalgo de ParralParral))•• CoahuilaCoahuila (Monclova(Monclova--FronteraFrontera))•• Nuevo LeonNuevo Leon (Monterrey)(Monterrey)•• Tamaulipas Tamaulipas (Matamoros, Tampico)(Matamoros, Tampico)
Asistencia TécnicaDesarrollo de casos de
éxito
Casos de éxito ( 2003 a 2009):
Otras regiones:Otras regiones:•• VeracruzVeracruz•• OaxacaOaxaca•• ZihuatanejoZihuatanejo•• Quintana RooQuintana Roo•• DurangoDurango•• Edo. de MéxicoEdo. de México
PROBLEMATICA ( 1 )
Servicio discontinuo de agua
• 10 horas/dia promedio
Tomas comunitarias y tambos a la espera de recibir agua de pipas
Baja eficiencia Electromecánica de losSistemas de bombeo
Impacto de costos energéticos
32 % promedio 35 %
C a rg a d e E fic
%2 3 .8 32 3 .0 82 4 .8 66 1 .8 55 5 .3 25 1 .5 95 0 .2 94 6 .7 04 8 .6 20 .0 0
3 8 .0 24 4 .8 94 5 .9 90 .0 0
3 9 .0 33 6 .6 33 6 .5 84 1 .4 6
P re s ió n D e s c a rg a C a u d a l P o te n c ia
E lé c .
k g /c m 2 l/s k W3 .8 7 .7 1 9 .04 .6 6 .7 1 9 .05 .7 5 .3 1 6 .00 .0 4 3 .0 9 2 .01 .0 3 6 .0 9 1 .02 .3 3 0 .0 8 6 .04 .4 2 4 .0 7 4 .05 .0 2 0 .0 6 8 .0
P la c e ta s 1 .7 8 1 .0 1 1 9 .00 6 0 .6 2 3 6 .43 4 5 .4 1 3 5 .1
4 .2 3 7 .0 8 3 4 .06 2 4 .1 2 3 0 .90 4 8 .5 1 3 1 .7
3 .5 3 4 .1 1 3 0 .05 .5 1 8 .5 4 2 7 .3
R . L a E rm ita 5 3 .6 4 6 .0 5 0 .0R . L a E rm ita 7 3 .6 7 0 .8 6 8 .0
E q u ip o
2 0 d e N o v .
E l C a rn e ro
R . L a E rm ita 1
R . L a E rm ita 2
PROBLEMATICA ( 2 )
Tanque Borjas
RebombeoBorjas
RebombeoPYTCO
Tanque de Cloración
RebombeoEstadio Rebombeo
Guadalupe
Tanque Bartola
Tanque Guerrero
Tanque Ermita
Tanque Loma Alta
Tanque la Loma
Tanque Oscar Flotes T.
Pozo 20 de Noviembre
Pozo Carnero
Pozo Placetas
Pozo Matilde Barrera
Pozos San José 1 y 3
Tanque Buenos Aires
RebombeoSan Fco.
RebombeoLos Bosques
Tanque Los Bosques
De Pozos Pozuelos y Viborillas
De Pozos Monclova 1 y 2
Válvula Cerrada
Combinación de alimentación directa e inadecuado uso de los tanques de regulación existentes
Inadecuado esquema de distribución de agua y nulo control de presiones
• Baja presión en las redes 0.5 kg/cm2
• Excesivo movimiento manual de válvulas para el tandeo
PROPUESTA WATERGYRest of CitySouthern Sector
• 3 Sectores hidráulicos en el sector sur y 9 en el resto de la ciudad
•25 válvulas automáticas para regular el caudal y presión
• Modificación de acueductos principales para eliminar la inyección directa y aprovechar los tanques de regulación al máximo
- Modelación hidráulica para validar el desempeño hidráulico de la nueva propuesta
Southern Area modelRest of the city model
Year 2004 2005 2006 2007 2008 2009Connections 67,826 69,035 71,607 74,52 76,768 78,647WaterProduced(m3/year)
35,613 34,731 33,868 33,552 33,388 33,667
Year 2006 2007 2008 2009Energy ( MWh/year) 17,451 14,192 12,889 12,697
RESULTADOS ( 1 )Ahorro de energíaAhorro de energía
27 % 27 % Menos agua producida y 40,000 Menos agua producida y 40,000
nuevos usuariosnuevos usuarios
10.000.000
11.000.000
12.000.000
13.000.000
14.000.000
15.000.000
16.000.000
17.000.000
18.000.000
2006 2007 2008 2009
CONSUMO DE ENERGÍA
KW/HR
Mejora en el servicioMejora en el servicio
24 horas/día de suministro24 horas/día de suministro
RESULTADOS ( 2 )
Toma comunitaria cancelada
No mas tambos azules
Antes
Después
De números rojos a negros De números rojos a negros positivos $$$positivos $$$
Mejora sustancial en las Mejora sustancial en las finanzasfinanzas
La La FilosofiaFilosofia WaterWatergygy propone …Realizar proyectos de agua potable para el
incremento de eficiencia que cumplan con las 5condiciones siguientes:
1. BASADOS EN INFORMACIÓN Y DATOS DISPONIBLES (GENERAR INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA MÍNIMA)
4. QUE GARANTICEN MEJOR CALIDAD DEL SERVICIO DE AGUA A LOS USUARIOS (CERO TANDEOS)
2. QUE AYUDEN A APROVECHAR AL MÁXIMO LA INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA EXISTENTE
3. CON SOLUCIONES PRÁCTICAS, ECONÓMICAS Y DE IMPLANTACIÓN EN EL CORTO PLAZO
5. QUE REDUZCAN COSTOS OPERATIVOS Y ENERGETICOS
Tecnologías claves para proyectos de eficiencia
•• Sistemas de Macro y Micro medición Sistemas de Macro y Micro medición ConfiablesConfiables
•• Variadores de FrecuenciaVariadores de Frecuencia•• Sistemas de Bombeo de Alta EficienciaSistemas de Bombeo de Alta Eficiencia
•• Sistemas de Calidad de la Sistemas de Calidad de la Energía, Capacitores, etcEnergía, Capacitores, etc
•• Válvulas reguladoras automáticas Válvulas reguladoras automáticas
•• Tecnologías de Ahorro de Agua UsuariosTecnologías de Ahorro de Agua Usuarios
•• Tecnologías de Detección de Fugas Tecnologías de Detección de Fugas
•• Sistemas de Telemetría y AutomatizaciónSistemas de Telemetría y Automatización•• Tecnologías para Tecnologías para eficientareficientar PTARPTAR
•• Sistemas de información y comercialesSistemas de información y comerciales
J. Arturo Pedraza Martínez
Email: [email protected]
Teléfonos: (222) 7-56-7084
(Alliance to Save Energy, México)