El objetivo de la estimación de pérdidas es cuantificar la cantidad de agua perdida en el sistema de distribución, sin considerar donde éstas se localizan. Esta estimación puede ser realizada mediante tres diferentes métodos, o una combinación de estos: el balance hídrico, el método de caudales nocturnos y el análisis de componentes de fugas.
El balance hídrico, también llamado método TOP-DOWN, estima el volumen anual de pérdidas totales a partir de los registros de caudales inyectados a la red de distribución y el volumen correspondiente a los diferentes tipos de consumos; siendo posible también estimar el volumen de pérdidas reales si se dispone de información suficiente para obtener una estimación adecuada de las pérdidas aparentes (Gil, 2010). Este método puede ser aplicado para todo un sistema de distribución (conducción y/o distribución) o zonas de distribución; siendo necesario para todos los casos verificar que los datos utilizados en el balance se correspondan con los límites físicos de la zona a evaluar (AWWA, 2009). En redes de distribución sectorizadas y con medición continua del caudal inyectado, el volumen de pérdidas reales estimado mediante este método puede ser contrastado con los resultados del análisis de caudales nocturnos (Lambert, 2003).
El método de caudales nocturnos, también denominado método BOTTON-UP, está basado en el análisis de los caudales nocturnos inyectados en sectores o zonas de pequeña dimensión (Distritos de Medición), conformados usualmente entre 500 y 3000 conexiones domiciliarias (Pilcher, 2003). En la mayoría de los casos, el caudal mínimo nocturno en zonas residenciales ocurre entre las 02h00 y 04h00 (McKenzie, 1999). Durante el período del caudal mínimo nocturno (CMN) el caudal consumido por los abonados es mínimo, por lo que las pérdidas reales (fugas) constituyen el mayor componente del caudal inyectado a la red. La estimación de las pérdidas reales se realiza sustrayendo el valor estimado del caudal de consumo nocturno del caudal mínimo nocturno inyectado a la red de distribución en estudio. Con el fin de convertir esta estimación en un volumen diario de pérdidas reales, es necesario extrapolarla para el resto del día utilizando la relación entre caudal de fuga y la variación de la presión a lo largo del día (McKenzei, 1998). Este método puede ser utilizado para validar el volumen de pérdidas reales obtenido mediante el enfoque TOP-DOWN (Thornton et al., 2008). La simplicidad de la información requerida para la aplicación del método lo hace conveniente cuando no se tiene disponible un modelo hidráulico de la red de distribución. Sin embargo, el nivel de confianza de los resultados obtenidos dependerá de la precisión de las medidas de caudal y presión, del método empleado para estimar el uso nocturno; y principalmente de la capacidad del nudo en el cual se registra presión, para representar la presión de servicio existente en toda la red de distribución evaluada (García et al. 2006).
El análisis de componentes se basa en el concepto BABE (Burts and Background Estimates) propuesto por el Water Institute Research en el reporte E de la serie Managing Leakage. Este método analítico permite estimar el volumen anual de pérdidas reales a partir de la estimación del caudal de fuga correspondiente a cada uno de los elementos de la red (Farley, 2001), basado en los parámetros más significativos relacionados con las fugas (Fanner, 2004). Este enfoque utilizan el número de fugas, caudales y tiempo de duración promedio para tres tipos de fugas (fugas de fondo, no reportadas, y reportadas) en diferentes elementos de la red de distribución, tales como tuberías de conducción y distribución, conexiones de servicio y acometidas (Parker, 2011). Otros datos requeridos incluyen información básica de la red (longitud total de tuberías, número de acometidas existentes y longitud promedio de acometidas), presión de servicio promedio en la red de distribución, y la relación presión-caudal de fuga obtenida con el valor apropiado del exponente de fugas N1 (Fanner et al, 2007b).
2.4.2.1 El Balance hídrico de la IWA/AWWA
Alegre et al (2006) afirman que el balance hídrico es fundamental para la estimación de las pérdidas de agua, pues éste permite determinar cuánta agua se pierde en el abastecimiento. Y para cumplir este objetivo el balance hídrico debe cuantificar los volúmenes en los principales puntos de entrada y salida del sistema; entre las cuales se incluye la captación, punto de importación o exportación de agua desde o hacia otros sistemas, tratamiento, y
suministro a sectores de la red. La Figura 4 permite ilustrar las principales entradas y salidas de un sistema de distribución, de manera secuencial, desde la captación hasta el punto de consumo de los abonados.
Figura 4 Definición de entradas y salidas de una red de distribución del agua (Fuente: Cabrera, 2013)
Tabla 4 Balance hídrico estandarizado propuesto por la IWA
Volumen inyectado al sistema Consumo autorizado Consumo Autorizado facturado
Consumo facturado medido
Agua Facturada Consumo facturado no-medido
Consumo Autorizado no facturado
Consumo no-facturado medido
Agua No Facturada Consumo no-facturado no-medido Pérdidas de agua Pérdidas aparentes Consumo no autorizado Imprecisiones de medida Errores sistemáticos en el manejo de datos Pérdidas reales
Fugas en tuberías de transporte y distribución
Fugas y reboses en depósitos de almacenamiento
Fugas en acometidas hasta el punto de medida
La Tabla 4 ilustra el balance hídrico propuesto por la Asociación Internacional de Agua (Lambert y Hirner, 2000), y la Tabla 5 ilustra la adaptación realizada por la American Water Works Association (Kunkel, 2003); el que cubre la totalidad del ciclo del suministro de agua, es decir, desde su captación hasta su entrega al abonado.
Tabla 5 Balance hídrico estandarizado adaptado por la AWWA
Vo lum en de a gua c apt ada e n f ue nt es pr opi as Vo lu m en in ye ct ad o a l s ist em a Agua exportada Consumo autorizado Consumo Autorizado facturado
Agua exportada facturada
Agua Facturada
Volumen suministrado
Consumo facturado medido Consumo facturado no-medido Consumo
Autorizado no facturado
Consumo no-facturado medido
Agua No Facturada Consumo no-facturado no-medido Pérdidas de agua Pérdidas aparentes Consumo no autorizado Imprecisiones de medida Errores sistemáticos en el manejo de datos Pérdidas reales
Fugas en tuberías de transporte y distribución
Volumen de agua Importada
Fugas y reboses en depósitos de almacenamiento
Fugas en acometidas hasta el punto de medida
(Fuente: Kunkel, 2003; AWWA, 2009)
El balance hídrico de la IWA/AWWA busca cuantificar los volúmenes totales entregados a la red de distribución, es decir, los consumos autorizados facturados, no facturados, medidos y no medidos. Por lo que en ausencia de contadores el balance hídrico requerirá realizar estimaciones del agua consumida, basada en los datos disponibles. Sin embargo, se puede generalizar que todos los cálculos realizados son aproximados, y tendrán un grado de incertidumbre asociado a la dificultad para evaluar cada componente (Lambert y Hirner, 2000; Mckenzei y Lambert, 2010). Por lo tanto los resultados del balance hídrico deben ser acompañados del grado de fiabilidad y exactitud de los datos utilizados para su cálculo (Alegre et al., 2006).
En el aspecto más amplio el balance hídrico considera los términos correspondientes a volumen captado, volumen producido, volumen de agua importada, y volumen de agua exportada. Sin embargo, estos no fueron incluidos dentro de la terminología del balance hídrico estandarizado propuesto por la IWA, pues, no son aplicables a todos los abastecimientos.
Lambert y Hirner (2000) recomiendan que para el cálculo del balance se debe considerar un período de 12 meses, y de este modo representar los valores de cada componente como un promedio anual. Esto busca reducir los efectos de las variaciones estacionales en el consumo y las diferencias de tiempo entre los ciclos de lectura de los medidores de los abonados (Alegre y Covas, 2005). Adicionalmente se sugiere utilizar unidades de medida que sean compatibles con las unidades utilizadas para registrar el volumen suministrado y el volumen consumido por los abonados (EPA, 2010).