DEL DIAGNOSTICO A LA MEJORA Y AMPLIACIÓN DEL SERVICIO DE AGUA CASO BUENOS AIRES RESUMEN

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  DEL DIAGNOSTICO A LA MEJORA Y AMPLIACIÓN DEL SERVICIO DE AGUA CASO BUENOS AIRES Martin Luc 1, Cisic Suad *2, de Clermont - Tonnerre E 2, Belley Jean-Charles 2, Recabeitia Juan 2 1 Aguas Argentinas, Reconquista
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DEL DIAGNOSTICO A LA MEJORA Y AMPLIACIÓN DEL SERVICIO DE AGUA CASO BUENOS AIRES Martin Luc 1, Cisic Suad *2, de Clermont - Tonnerre E 2, Belley Jean-Charles 2, Recabeitia Juan 2 1 Aguas Argentinas, Reconquista 823, Buenos Aires 1003, Argentina 2 Safege/Montgomery Watson, Maipú er piso, Buenos Aires 1006, Argentina RESUMEN Aguas Argentinas S.A. se hizo cargo en 1993 de concesión por 30 años de los servicios de agua potable y desagüe cloacal del la ciudad de Buenos Aires (9 millones de personas en 1991). Al momento de la toma de la concesión, se debió enfrentar un sistema antiguo y mal mantenido, la falta de información sobre el mismo y un programa de inversiones de u$s 600 millones con tiempos de construcción muy ajustados. El plan de acción instrumentado incluyo la recolección de información, una amplia campaña de mediciones, el desarrollo y calibrado de un modelo computadorizado de la red y finalmente el análisis de las diferencias encontradas entre medición y modelo. Como resultado, fue posible reunir toda la información disponible y descubrir válvulas, conexiones y cañerías no conocidas, evaluar y mejorar la operación del sistema existente, encontrar soluciones para problemas de corto plazo, desarrollar criterios de diseño para la planificación y realizar ajustes al Plan Director. El trabajo inicial finalizó a mediados de 1994 y actualmente se continua con el diseño de las nuevas redes y la resolución de problemas puntuales de transporte. Palabras clave: agua, modelo, diagnóstico, PICCOLO INTRODUCCIÓN Aguas Argentinas, operador del sistema de agua potable y desagüe cloacal privatizado más grande del mundo, se enfrentó con un desafío al comenzar la concesión por 30 años: suministrar servicio a 1,6 millones de personas más durante los primeros 5 años. Como primera medida, durante los tres meses de verano de 1994 se realizó un estudio exhaustivo, que comprendió una campaña de medición de caudales y un modelo computarizado de la red de distribución de agua de Buenos Aires. El estudio se realizó para: 1) recopilar la información faltante y evaluar la operación del sistema existente; 2) encontrar soluciones para problemas de corto plazo, desarrollando al mismo tiempo criterios de diseño para el planeamiento de mediano y largo plazo; 3) hacer correcciones y ajustes al Plan Director de Agua a fin de optimizar las inversiones, y 4) preparar una base general para el desarrollo de los estudios detallados. ANTECEDENTES Buenos Aires, capital de la Argentina, es una de las ciudades más grandes del hemisferio sur. La población del área metropolitana es de aproximadamente 9 millones de personas. En 1993, sólo alrededor de 6 millones estaban conectados a la red de agua potable, mientras 5 millones estaban conectados a la red cloacal. El resto de la población obtenía agua de pozos individuales o de sistemas de suministro de agua de propiedad privada. El sistema central consiste de lo siguiente: 2 tomas de agua del Río de la Plata, 2 plantas potabilizadoras - General San Martín, con una capacidad de 3,0 Mm 3 /día y General Belgrano, con 1,0 Mm 3 /día, 77 km de ríos subterráneos - túneles cuya profundidad varía entre 5 y 30 m, con diámetros de 2,6 a 4,6 m, 9 estaciones elevadoras con capacidades de m 3 /día a m 3 /día, 338 pozos de agua con una capacidad total conjunta de m 3 /día - la disponibilidad actual es sólo de m 3 /día, km de cañerías, con diámetros de 75 mm a mm, y 21 tanques elevados con una capacidad de almacenamiento de m 3 - actualmente sólo se utilizan 4. Para proveer el capital necesario para la ampliación y mantenimiento del sistema, el gobierno decidió privatizar los servicios de agua y cloaca de la ciudad de Buenos Aires. El 1 ro de mayo de 1993 Aguas Argentinas 1, se convirtió en el operador del servicio público de agua potable y desagüe cloacal privatizado más grande del mundo. Una transitoria de empresas, formada por Safege - París y Montgomery Watson - Pasadena, presta servicios de ingeniería para la planificación, diseño y construcción del programa de ampliación y rehabilitación masiva requerido para cumplir con las siguientes obligaciones contractuales, referidas al sistema de agua potable: Suministrar agua a toda la población del área que corresponde al servicio habitantes - para el final de la concesión de 30 años, Proveer como mínimo una presión de agua de 10 m en cada conexión domiciliaria al finalizar el 2 do plan quinquenal, y Reemplazar m 3 /día de capacidad de producción actual de agua subterránea contaminada con una cantidad igual de agua de superficie de buena calidad, al finalizar el 1 er plan quinquenal. LOS PROBLEMAS Cuando Aguas Argentinas comenzó sus operaciones debió hacer frente a los siguientes problemas: Un sistema de suministro de agua antiguo, mal mantenido e inadecuado. En el 60% del área de servicio, la presión no llegaba a 5 m; grandes cantidades de agua se desperdiciaban por no medirse el consumo; dichas pérdidas de agua eran considerables, estimándose que ascendían al 40%; y los acuíferos de agua subterránea estaban contaminados con nitratos y sal. Falta de información confiable sobre la estructura y operación del sistema existente. No había registros disponibles sobre el agua producida o consumida; algunos criterios de diseño eran cuestionables, por ejemplo la dotación de agua por habitante y los coeficientes de consumo pico; los planos conforme a obra de este sistema de 70 años de antigüedad eran inexistentes o, como sucedía en muchos casos, no representaban la situación actual; y no había control alguno sobre las presiones del sistema, porque en general no se conocía la ubicación y el estado de cierre de las válvulas. 1 Aguas Argentinas es una sociedad anónima formada por Lyonnaise des Eaux (Francia), Sociedad Comercial del Plata S.A. (Argentina), S.G.de Aguas de Barcelona (España), Meller S.A. y Banco de Galicia y Buenos Aires S.A. (Argentina), Compagnie Generale des Eaux (Francia), y Anglian Water (Reino Unido). El principal accionista y operador del sistema es Lyonnaise des Eaux. Un programa de inversiones de u$s 600 millones con tiempos de construcción sumamente ajustados. Como parte de sus obligaciones contractuales, Aguas Argentinas debe prestar servicios a 1,6 millones de personas más al terminar los primeros 5 años de la concesión. En otras palabras, en sólo 5 años deben planificarse, diseñarse y construirse más de 3000 km de cañerías, 15 km de ríos subterráneos, 3 estaciones elevadoras principales con capacidades de 1,2 a 4,2 m 3 /s, y plantas de tratamiento con una capacidad de m 3 /d. EL PLAN Frente a dichos problemas, la dirección de Aguas Argentinas y Safege/Montgomery Watson resolvió que la primera tarea del equipo consultor multinacional sería realizar un estudio del sistema de suministro de agua existente. El estudio tenía los siguientes objetivos: Reunir la información faltante y evaluar la operación del sistema existente. Encontrar soluciones para los problemas de corto plazo, desarrollando al mismo tiempo los criterios de diseño necesarios para la planificación de mediano y largo plazo, y Efectuar correcciones y ajustes al Plan Director de Agua para optimizar las inversiones. Como primera medida se dividió el área de servicio de 538 km 2 en 5 zonas, según sus características geográficas y distribución de caudales. Luego se estudió cada zona en detalle: Realizando una amplia campaña de medición de caudales y presiones, Desarrollando y calibrando un modelo computarizado de la red de distribución, y Analizando e interpretando las diferencias entre los valores medidos y los que surgían del modelo. LA SOLUCIÓN Campaña de Medición de Caudales La campaña de medición de caudales se realizó durante la época de consumo pico en el verano de El equipo estuvo formado por 1 ingeniero y 2 técnicos de Safege/Montgomery Watson, y 6 técnicos de Aguas Argentinas, con el apoyo de más de 50 integrantes del personal de calle de Aguas Argentinas. En la siguiente Tabla 1 se presentan los equipos utilizados: Tabla 1 Equipos Utilizados en la Campaña de Medición de Caudales Medidores de caudal: - electromagnéticos - a turbina Registradores de datos Multi Canal Registradores de datos de Canal Único Medidores de Presión: - analógicos - numéricos Medidores de Nivel de Superficie del Agua Medidores de Diámetro Interno de Cañerías Computadoras in-situ Software Equipo Clase Cantidad IRIS Aquaprobe IRIS F31 Eurolog 210/400 IRIS DDL20 Jules Richard, 0-6bar IRIS Celia IRIS Aqualog 135 IBM PS/1 Notebook IRIS Fluid 5 Para facilitar el cumplimiento de la campaña se dividieron las 5 zonas en varias subzonas, con el siguiente fin: Medir el caudal de entrada y de salida de cada subzona, para poder calcular con exactitud el consumo específico de agua, y Medir la distribución de presión dentro de la subzona, para poder localizar en forma más precisa las áreas que tuvieran problemas. Seguidamente se instalaron los medidores en puntos estratégicos de la red, midiéndose el caudal y la presión cada 5 minutos durante un lapso de dos semanas. Durante la campaña se colocaron en el sistema, en total, 144 medidores de caudal y 608 medidores de presión, obteniéndose un total de más de 6000 días con datos. El cumplimiento íntegro de la campaña insumió 5 meses. Se emplearon dos meses para planear el programa, embarcar los equipos hacia la Argentina y capacitar al personal de Aguas Argentinas. El trabajo de calle tomó los tres meses restantes, y consistió en preparar los lugares respectivos, instalar los medidores, tomar mediciones in situ, y retirar posteriormente los medidores. Esto puede considerarse como un tiempo récord, si se consideran las dificultades que debió enfrentar el equipo: Búsqueda de las cañerías. Como los planos conforme a obra en muchos casos no representaban la situación real, encontrar las cañerías para colocar los medidores de caudal fue un trabajo frustrante con dispendio de tiempo. Tránsito en la calle. Excavar bocas de acceso para los medidores de caudal en las transitadas calles de Buenos Aires se constituyó en un serio problema. Las interrupciones del tránsito se agravaron porque las empresas recientemente privatizadas de gas, teléfono y energía eléctrica estaban en pleno cumplimiento de sus programas de ampliación, realizando excavaciones en las calles al mismo tiempo. Material de las cañerías. Las paredes de algunas de las antiguas cañerías de acero y fundición de hierro tienen hasta 50 mm de espesor, por lo que fue sumamente difícil perforarlas. Por otra parte, muchos kilómetros de cañerías de asbesto cemento y de hormigón armado y pretensado no pudieron utilizarse para colocar medidores, porque por razones estructurales no pueden soportar las perforaciones. En estos casos, debieron encontrarse piezas metálicas de transición para efectuar las mediciones. Inundaciones. Muchos de los lugares de medición se inundaron totalmente durante la campaña por la cercanía de la napa freática a la superficie y los frecuentes chaparrones de verano. Los equipos funcionaron sin problemas, pero estas condiciones dificultaron mucho las tareas del equipo de calle para inspeccionar el terreno y tomar las mediciones. Otros. Durante la campaña fueron robados dos registradores de datos, y tres medidores de presión fueron objeto de actos de vandalismo. Hubo dos accidentes con automóviles particulares que cayeron en bocas de acceso recién excavadas para instalar los medidores. Afortunadamente no hubo heridos. La información reunida en la campaña de medición de caudales se analizó primero para verificar su coherencia y exactitud, luego se la clasificó según el lugar y la hora, y finalmente se utilizó para calibrar el modelo computarizado. Modelo de Computación El modelo de computación utilizado para simular el funcionamiento del sistema de suministro de agua fue el modelo PICCOLO, desarrollado por Safege. Se trata de un modelo estático / dinámico que emplea el método Newton-Raphson para la resolución de sistemas de ecuaciones no lineales, permitiendo así calcular rápidamente (en menos de un minuto) redes que tienen hasta nodos y cañerías. La información sobre la topografía general del área (cotas de los nodos), cañerías (longitud, diámetro, rugosidad), estaciones elevadoras (curvas H/Q), tanques de agua (volumen, cota), y válvulas, conforma el ingreso de datos; los resultados se dan en términos de presión y altura en cada nodo, caudal y velocidad dentro de la cañería, cotas de tanques, y curvas Q/H óptimas para las estaciones elevadoras. Se preparó por separado un modelo con tres niveles 2 para cada una de las cinco zonas: Nivel N 1 - líneas principales de suministro, cañerías con diámetros de 500 mm o más, Nivel N 2 - red de distribución primaria, cañerías con diámetros de 300 a 500 mm, y Nivel N 3 - nivel de distribución secundaria, cañerías con diámetros de 100 a 300 mm. La red ingresada en el modelo tiene una longitud total de 887 km en sus niveles Nos. 1 y 2, estando compuesta por 1528 nodos y 1687 cañerías. Una vez preparada la estructura física del modelo, se realizaron las siguientes tareas para ponerlo en condiciones de funcionar: 1. Asignación de población a cada nodo. Se utilizó como base el Censo de 1991 y los límites del área de servicio. 2. Cálculo del consumo de agua promedio per cápita. Se calcularon los valores para cada subzona, empleando los caudales medidos durante la campaña y la distribución de población obtenida en el paso anterior. 3. Cálculo de consumo en cada nodo. Se calculó el consumo en cada nodo, multiplicando el consumo promedio per cápita obtenido en el paso N 2 por la población del nodo respectivo, obtenida en el paso N 1. La calibración de los modelos se llevó a cabo según los siguientes pasos: 2 El modelo original contenia todas las cañerías existentes de 300 mm o más. Actualmente se está desarrollando el Nivel 3 como parte de la confección de los proyectos y diagnósticos detallados. 1. Calibración en base a los promedios diarios de caudales y presiones. El criterio para calibrar los modelos fue obtener una diferencia de caudal de ±10% y una diferencia de presión de ±3 m, entre los valores tomados en la calle y los valores del modelo respectivo. Se ajustaron primero los caudales, modificándose los coeficientes de consumo global de cada subzona. Luego se calibraron las presiones, variándose los coeficientes de rugosidad de las cañerías (pérdidas por fricción) o introduciendo las pérdidas locales, por ejemplo debidas a válvulas parcialmente cerradas. 2. Control de la calibración en base a los caudales diarios pico y las presiones correspondientes. En esta etapa final se transformaron los caudales en caudales diarios pico, introduciendo el coeficiente de picos observado durante la campaña de medición de caudales. Si las presiones del modelo coincidían con las presiones de calle respectivas, la calibración se daba por terminada. Caso contrario, se repetía íntegramente el proceso hasta que los criterios de calibración quedaran satisfechos. Se calibraron los modelos para las 5 zonas, presentándose los resultados finales a Aguas Argentinas 3 meses después de la terminación de la campaña de medición de caudales y presiones. Los modelos son totalmente compatibles entre sí y, junto con otro modelo preparado para los ríos subterráneos, conforman un modelo completo del sistema de suministro de agua del Gran Buenos Aires. Resultados La campaña de medición de caudales y las simulaciones con modelos computarizados permitieron a Aguas Argentinas y al equipo de consultoría de Safege/Montgomery Watson hacer lo siguiente: Reunir la información faltante. Se descubrieron numerosas válvulas, conexiones ilegales y pérdidas en el sistema. Evaluar la operación del sistema existente. Se comprobó que el campo de pozos de General Pacheco estaba suministrando agua a un área mucho menor que la inicialmente estimada. Cuando los datos de calle mostraron que se estaba malgastando energía porque las bombas estaban bombeando agua contra la mayor presión enviada por la estación elevadora de Villa Adelina, se cerró la válvula de la cañería que conectaba ambos sistemas, desconectándolos. Se redujeron así los costos de operación y mantenimiento, mejorando la calidad del servicio. Encontrar soluciones para problemas de corto plazo. Con solo abrir una válvula olvidada y parcialmente cerrada, situada en una línea de suministro de 500 mm denominada Conducto Ribereño, se aumentó en el 50% la presión de servicio en una comunidad de habitantes. Desarrollar criterios de diseño para la planificación de mediano y largo plazo. Se calcularon con mayor exactitud el consumo de agua específico (que varía entre 260 y 965 l/hab-día) y los coeficientes de pico anual y horario (1,15 y 1,10, respectivamente), y pudieron utilizarse para diseñar la ampliación del sistema. Correcciones y ajustes al Plan Director de Agua. El Plan Director de Agua original se preparó como parte de la documentación de oferta para el contrato de privatización, empleando la escasa información disponible en ese momento. El trabajo detallado anteriormente permitió lo siguiente: 1) ampliar la base de datos, 2) optimizar el programa de ampliación del área de servicio, 3) planificar con mayor exactitud los refuerzos del sistema - se prevé la construcción de dos nuevos ríos subterráneos, y 4) mejorar la flexibilidad del sistema - se han diseñado varias interconexiones entre distintos sectores de distribución. Al corregirse el Plan Director de Agua a la luz de la nueva información disponible, se produjo un ahorro de u$s 25 millones en el costo de construcción proyectado para los primeros 5 años. COROLARIO Con la campaña de medición y la preparación de los 5 modelos calibrados de la red de agua potable de Gran Buenos Aires se estableció una base general para el desarrollo de los estudios detallados. Pero la terminación de esa fase representa solamente el primer paso en el camino hacia el sistema optimo. Los pasos siguientes ya se están tomando, y actualmente los modelos se utilizan en forma separada para las siguientes tareas: Diseño detallado de nuevas redes en las zonas de expansión, y Resolución de los problemas puntuales de transporte del agua. La tarea de diseño detallado de nuevas redes usando el modelo calibrado cumple dos objetivos: 1) el diseño hidráulico se usa para la confección de los proyectos detallados que, a su vez, se emplean para la construcción de nuevas redes, y 2) incorporando cañerías con diámetro de 100 a 300 mm se desarrolla el Nivel 3 del modelo, lo que estaba previsto hacer en el plan original. La segunda tarea, resolución de los problemas puntuales de transporte del agua, consiste en aplicar las técnicas de modelización a los sectores problema de la concesión. Este trabajo incluye actividades de recolección intensiva de datos sobre la red, (cañerías empalmes, válvulas), mediciones detalladas de presión y caudales y maniobras de válvulas con medición en tiempo real. Todo esto apoyado por la modelización detallada hasta diámetros de 100 mm. Esta tarea se realiza con la participación activa de la Dirección Técnica y de Calidad de Aguas Argentinas, la Unidad Operativa de Servicio correspondiente y los responsables directos de la operación de las redes involucradas. Esta metodología de trabajo ha permitido, en un caso concreto, aumentar la presión de servicio en 3,8 m promedio a personas, sin inversiones adicionales. Actualmente, está en marcha el proceso de transferencia total del know how sobre análisis de redes y modelización desde el consultor Safege/Montgomery Watson hacia Aguas Argentinas. Se espera que este proceso se complete hacia fin del corriente año. CONCLUSIÓN El minucioso estudio del sistema de agua potable para el Área Metropolitana de Buenos Aires ha logrado sus objetivos. En la actualidad, la información reunida en la campaña de medición de caudales y los resultados obtenidos con el modelo de computación calibrado, se utilizan no sólo para dar respuestas a los operadores sobre la forma de mejorar diariamente el funcionamiento
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