Diseño de un modelo para la estimación del caudal consumido en horas de caudal mínimo nocturno en abastecimientos que no dispongan de tele-lectura horaria

Abstract

[ES] La nueva Directiva (UE) 2020/2184 del Parlamento Europeo y del Consejo de 16 de diciembre de 2020 relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano los Estados miembros se asegurarán de que se realice una evaluación de los niveles de fugas de agua en su territorio y del potencial de mejora en la reducción de las fugas de agua utilizando el método de clasificación del índice de fugas estructurales (IFE) u otro método adecuado. Esta obligación está en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la agenda 2030 y la propia viabilidad de los sistemas de abastecimiento en un entorno en los que los recursos hídricos disponibles son cada vez menores.

Por tanto, la gestión y reducción de las pérdidas de agua debe constituir una herramienta esencial para garantizar la sostenibilidad de una empresa de agua y contribuir significativamente a la mitigación del cambio climático y no causar un daño significativo en diferentes ámbitos. Entre todas las estrategias potenciales de reducción de pérdidas, la sectorización de la red de distribución (DMA) es probablemente una de las más utilizadas para la evaluación y control de pérdidas de agua. Esto se debe a que la partición de una red de agua en porciones más pequeñas facilita significativamente los procedimientos de análisis y mejora la rapidez con la que se detectan y localizan roturas y fugas. Este análisis generalmente se realiza mediante el procesamiento y la evaluación de la serie temporal de los caudales de entrada al sector.

El Caudal Mínimo Nocturno (MNF) representa el flujo más bajo hacia el DMA durante un período de 24 horas. MNF generalmente ocurre entre las 02:00 y las 04:00 a.m. Durante este período, la mayoría de los usuarios no usan agua intencionalmente y las entradas a la DMA se componen principalmente de fugas en las tuberías de distribución y las instalaciones interiores privadas. En consecuencia, el análisis de la MNF permite una cuantificación fácil y precisa de la magnitud de las fugas dentro de un sector en particular al resultar más sencillo en ese periodo discriminar el agua entregada a los consumidores del agua perdida en la red.

La principal dificultad en la aplicación de esta metodología aparece al intentar desagregar los caudales nocturnos en sus componentes fundamentales: 1) Fugas en tuberías principales y de conexión pertenecientes a la red de distribución 2) Fugas en las instalaciones de los clientes, y 3) Uso intencional del agua por parte de los clientes. Las dos primeras componentes corresponden a flujos continuos que, en la mayoría de los casos, se mantienen constantes durante las horas nocturnas. El tercer componente es inherentemente aleatorio y puede variar en magnitud y duración.

En este trabajo se analizaron datos detallados de consumo urbano por hora durante un año de aproximadamente 20 000 clientes y se desagregaron en fugas y uso intencional. El objetivo es mejorar los modelos que caracterizan los consumos nocturnos originados en las instalaciones de los clientes. Por lo tanto, el estudio involucra el desarrollo de algoritmos que permitan desagregar el consumo nocturno registrado por los medidores de agua de los clientes, en una línea base de consumo por fuga y otro componente causado por el consumo intencional del agua.

Se han obtenido distribuciones de función de probabilidad de tasas de flujo de fuga en las instalaciones interiores de los clientes para varios tipos de suministro, aunque el predominante ha sido el doméstico.

También se han desarrollado funciones de distribución de probabilidad simplificadas del uso intencional del agua para considerar la duración del consumo de agua y el caudal medio de dos tipos de usuarios: residencial y no residencial. Estas funciones de probabilidad permiten la creación de series sintéticas de consumo que se superponen con el consumo de línea de base causado por fugas dentro de las instalaciones de los clientes.

Adicionalmente, durante el estudio se evaluó la evolución

[EN] Managing and reducing water losses should be a primary concern to ensure the sustainability of a water utility. Among all the potential strategies, the design and construction of district meter areas (DMA) is probably one of the most widely used for water loss assessment and control. This is because partitioning a water network into smaller portions significantly facilitates the analysis procedures and improves the speed at which bursts and leaks are detected and located. This analysis is typically done by processing and evaluating the time series of the inflows into the DMA. The Minimum Night Flow (MNF) represents the lowest flow into the DMA over a 24-h period. MNF typically occurs between 02:00 and 04:00 AM. During this period, most users do not intentionally use water and the inflows into the DMA are mainly composed of leakage at DMA pipes and private plumbing systems. Consequently, the analysis of the MNF allows for easy and accurate quantification of the magnitude of leakage in a particular DMA. The main difficulty in applying this methodology appears when trying to disaggregate the night flows into its fundamental components: 1) Leakage in mains and connection pipes belonging to the distribution network 2) Leakage at customers' facilities, and 3) Intentional use of water by customers. The first two components correspond to continuous flows that, in most cases, remain constant during the night hours. The third component is inherently random and may vary in magnitude and duration. In the proposed work, detailed data of one-year hourly readings from approximately 20,000 customers have been analyzed and disaggregated into leakage and intentional use. The aim is to improve the models that characterize the night consumption originated at the customers' facilities. Hence, the study's initial stage involves the development of algorithms that allow disaggregating the night consumption registered by the customers¿ water meters into a baseline consumption due to leakage and the component caused by the intentional use of water. Probability function distributions of leakage flow rates at customers' plumbing systems have been obtained for various types of water users. Simplified probability distribution functions of intentional water use have also been developed to consider the duration of water consumption and the average flow of two types of users: residential and non-residential. These probability functions allow the creation of synthetic consumption series that overlap with the baseline consumption caused by leakage inside the customers' premises. The novelty of the proposed methodology is that the probability functions obtained have been derived from actual water consumption data of nearly 20,000 customers, monitored for one year. The night consumption model developed may enable the water utility to better estimate this parameter in those DMAs where the customers' water meters cannot be read hourly.