calculo de caudal de agua

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Método para Calcular el Caudal de Aguas Residuales

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  • CanaldeIsabelIIGestin2

    19

    Un nuevo criterio para el clculo del

    caudal de agua residual urbana

  • CanaldeIsabelIIGestin3

    Canal de Isabel II Gestin S.A. (2013)

    Autores Humberto Snchez Alberto Casquero Francisco Cubillo

    Direccin del estudio Francisco Cubillo

    Agradecimientos Los autores agradecen a los integrantes de la Subdireccin de Ingeniera y Construccin,

    Subdireccin de Operacin de la Depuracin, Subdireccin de Planeamiento y Coordinacin Municipal y Subdireccin de I+D+i, todos ellos de Canal de Isabel II Gestin,

    la participacin en distintas fases del desarrollo del estudio.

    ISSN de la edicin impresa: 2254-8955 ISSN de la edicin en soporte electrnico: 2340-1818

    Depsito Legal:

    lemp1Nuevo marco legal

    lemp1Nuevo sello

  • CanaldeIsabelIIGestin4

    Exclusin de Responsabilidad Las afirmaciones recogidas en el presente documento reflejan la opinin de los autores y no necesariamente la de Canal de Isabel II Gestin S.A.

    Tanto Canal de Isabel II Gestin S.A. como los autores de este documento declinan todo tipo de responsabilidad sobrevenida por cualquier perjuicio que pueda derivarse a cualesquiera instituciones o personas que acten confiadas en el contenido de este documento, o en las opiniones vertidas por sus autores.

  • CanaldeIsabelIIGestin5

    Presentacin Los cuadernos de I+D+i de Canal de Isabel II Gestin S.A. forman parte de la estrategia de gestin del conocimiento de la empresa y del desarrollo de su Plan de Investigacin, Desarrollo e Innovacin.

    Son elemento de difusin de proyectos e iniciativas desarrollados y auspiciados desde la Empresa para la innovacin en las reas relacionadas con el servicio de agua en el entorno urbano.

    Exponen las diferentes problemticas abordadas en cada proyecto junto con los resultados obtenidos. La intencin al difundirlos mediante estas publicaciones es compartir las experiencias y conocimientos adquiridos con todo el sector de servicios de agua, con la comunidad cientfica y con cuantos desarrollan labores de investigacin e innovacin. La publicacin de estos cuadernos pretende contribuir a la mejora y eficiencia de la gestin del agua y, en consecuencia, a la calidad del servicio prestado a los ciudadanos.

    Los ttulos aparecidos en la coleccin de Cuadernos de I+D+i son los que figuran en la tabla siguiente.

  • CanaldeIsabelIIGestin6

    TTULOS EN LA COLECCIN DE CUADERNOS DE I+D+I

    N coleccin

    Ao Cuadernos Investigacin, Desarrollo e Innovacin publicados

    1 2007 Transferencias de derechos de agua entre demandas urbanas y agrarias. El caso de la Comunidad de Madrid

    2 2008 Identificacin de rachas y tendencias hidrometeorolgicas en el mbito del sistema de Canal de Isabel II

    3 2009 Participacin de Canal de Isabel II en el Proyecto Internacional de Eficiencia en la Gestin (IDMF)

    4 2008 Microcomponentes y factores explicativos del consumo domstico de agua en la Comunidad de Madrid

    5 2008 El agua virtual y la huella hidrolgica en la Comunidad de Madrid

    6 2008 Estudio de potenciales de ahorro de agua en usos residenciales de interior

    7 2008 Investigacin sobre potenciales de eficiencia con el empleo de lavavajillas

    8 2010 Precisin de la medida de los consumos individuales de agua en la Comunidad de Madrid

    9 2010 Proyecto de investigacin para la definicin y evaluacin de la aplicabilidad de un bioensayo para la determinacin de la toxicidad del agua utilizando embriones de pez Cebra

    10 2010 Eficiencia en el uso del agua en jardinera en la Comunidad de Madrid

    11 2010 Tcnicas de teledeteccin y sistemas de informacin geogrfica para la evaluacin de la demanda de agua para usos de exterior en la Comunidad de Madrid

    12 2010 Estudio sobre la dinmica de cianotoxinas en dos embalses de abastecimiento de Canal de Isabel II

    13 2011 Desarrollo de un sistema de validacin, estimacin y prediccin de consumos horarios por sectores para la red de distribucin de Canal de Isabel II

    14 2011 Seguimiento de la consolidacin del desarrollo urbano en la Comunidad de Madrid mediante tcnicas de teledeteccin

    15 2012 Experiencias para la recuperacin del fsforo de las aguas residuales en forma de estruvita en Canal de Isabel II

    16 2012 Integracin de la prediccin meteorolgica en los mdulos de gestin del sistema de abastecimiento de Canal de Isabel II, mediante modelos de aportacin diaria

    17 2012 Mejora de la capacidad de pronstico de aportaciones mensuales y estacionales en el mbito de Canal de Isabel II

    18 2013 Aportacin de nutrientes desde la cuenca al embalse de Pinilla. Incidencia en el proceso de eutrofizacin

  • CanaldeIsabelIIGestin7

    NDICE DE CONTENIDOS 1. RESUMEN EJECUTIVO

    1.1. LA PLANIFICACIN EFICIENTE DE INFRAESTRUCTURAS 1

    1.2. COMPROBACIN DE LA RELACIN ENTRE CAUDALES SUMINISTRADOS

    Y CAUDALES RESIDUALES URBANOS 1

    1.3. CONSTRUCCIN DE UN NUEVO CRITERIO ALTERNATIVO PARA EL CLCULO

    DE CAUDALES RESIDUALES URBANOS 1

    1.4. COMPROBACIN DE LA VALIDEZ DEL NUEVO CRITERIO 1

    1.5. FORMULACIN DEL NUEVO CRITERIO PARA EL CLCULO DE CAUDALES

    DE DISEO DE AGUA RESIDUAL URBANA 1

    1.6. ESTIMACIN DE LA TRASCENDENCIA DEL CAMBIO DE CRITERIO

    2. OBJETO, JUSTIFICACIN Y ALCANCE DEL ESTUDIO 2

    2.1. OBJETO DEL ESTUDIO 2

    2.2. METODOLOGA Y ALCANCE 2

    2.3. LO QUE OCURRE Y LO QUE PUEDE OCURRIR 2

    2.4. EL COEFICIENTE DE SEGURIDAD DE DISEO 2

    3. ANTECEDENTES Y COMPROBACIN DE LA IDONEIDAD DEL CRITERIO TRADICIONAL 2

    3.1. ANLISIS DEL CONTEXTO SUMINISTRO-DEPURACIN

    3.2. RELACIONES ENTRE MEDIDAS DE CAUDALES SUMINISTRADOS Y MEDIDAS DE CAUDALES DEPURADOS, SEGN DIFERENTES FILTROS DE FIABILIDAD

    4. PROPUESTA DE UN CRITERIO ALTERNATIVO 3

    5. COMPROBACIN DE LA VALIDEZ DEL NUEVO CRITERIO

    5.1. VALIDACIN DEL CRITERIO PROPUESTO PARA SUELO URBANO DESARROLLADO 3

    5.1.1. Aplicacin del nuevo criterio a las circunstancias actuales

    5.1.2. Verificacin con registros actuales en depuradoras

    5.1.3. Valoracin del criterio sobre sectores de abastecimiento de forma aislada 4

    5.2. COMPARACIN DEL AJUSTE DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON EL NUEVO CRITERIO PROPUESTO Y CON EL CRITERIO TRADICIONAL

  • CanaldeIsabelIIGestin8

    6. FORMULACIN DEL NUEVO CRITERIO PARA EL CLCULO DE CAUDALES DE DISEO

    6.1. CRITERIO DE CLCULO DE CAUDALES DE DISEO SOBRE SUELO URBANO DESARROLLADO

    6.1.1. Uso Domstico Multivivienda 5

    6.1.2. Uso Domstico Univivienda 5

    6.1.3. Usos Industriales, Dotacionales y Terciarios 5

    6.2. CRITERIO DE CLCULO DE CAUDALES DE DISEO SOBRE REA URBANA EN PLANEAMIENTO NO DESAR

    6.2.1. Uso Domstico Multivivienda en planeamiento no desarrollado 5

    6.2.2. Uso Domstico Univivienda en planeamiento no desarrollado 5

    6.2.3. Uso Industrial, Dotacional y Terciario en planeamiento no desarrollado 5

    6.3. RESUMEN DE APLICACIN PARA EL CLCULO

    7. ESTIMACIN DE LA TRASCENDENCIA DEL CAMBIO DE CRITERIO 6

    7.1. COMPROBACIN DEL CAMBIO INDUCIDO EN EL RATIO ENTRE CAUDALES DE DISEO RESIDUAL URBANO Y DE ABASTECIMIENTO

    7.1.1. TrascendenciadelcambiodecriterioparalaescalaSectordeabastecimiento

    7.1.2.TrascendenciadelcambiodecriterioparalaescalaDepuradora

    7.2. ESTIMACIN DEL IMPACTO DEL CAMBIO DE CRITERIO EN LA PLANIFICACIN SOBRE UN SISTEMA REAL DE DEPURACIN.

    COMPARACIN CON EL CRITERIO TRADICIONAL 6

    7.2.1. Anlisis para el caso de las depuradoras en el horizonte actual 6

    7.2.2. Comparacin de resultados de diseo sobre sectores en el horizonte actual

    7.2.3. Estimacin de la trascendencia en la planificacin 7

    8. CONCLUSIONES

    9. ANEXOS

    9.1. ANEXO 1. DATOS DISPONIBLES PARA EL ESTUDIO

    9.2. ANEXO 2. FIABILIDAD DE LOS DATOS

    9.2.1. Fiabilidad en la medida de suministro a sectores

    9.2.2. Fiabilidad en la medida de caudales depurados en EDAR

    9.2.3. Fiabilidad combinada de datos

    9.3. ANEXO 3. NDICE DE FIGURAS

    9.4. ANEXO 4. NDICE DE TABLAS

    9.5. ANEXO 5. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

    9.6. ANEXO 6. GLOSARIO DE TRMINOS TCNICOS USADOS EN EL DOCUMENTO

  • Resumen Ejecutivo

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    Ficha Tcnica Ttulo del proyecto Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Lnea de investigacin Eficiencia en la gestin estratgica de infraestructuras

    Unidades implicadas de Canal de Isabel II Gestin, S.A.

    Subdireccin de Investigacin, Desarrollo e Innovacin Subdireccin de Ingeniera y Construccin Subdireccin de Operacin de la Depuracin

    Participacin externa No ha sido necesaria la colaboracin con ninguna empresa externa a Canal de Isabel II Gestin S.A.

    Objeto y justificacin del proyecto

    Contribuir a la mejora de la eficiencia en la planificacin de necesidades de inversin en el sistema de Saneamiento y Depuracin, a travs de un nuevo mtodo de determinacin de los caudales de aguas residuales urbanas en la Comunidad de Madrid.

    Contribucin al estado del arte

    Propuesta de un nuevo criterio de clculo de caudales de agua residual urbana que reemplaza al que se viene usando desde hace dcadas.

    Resumen del desarrollo del proyecto e hitos relevantes

    Se define el nuevo criterio de clculo, a partir de datos de consumos registrados por tipo de uso, microcomponentes de consumos (usos exteriores), caudales suministrados y registrados en sectores de distribucin, datos cartogrficos y topogrficos de cuencas de drenaje, y caudales controlados en EDAR (estacin depuradora de agua residual). El criterio se basa en la consideracin de coeficientes de retorno diferenciados para los tipos de usos del agua. Se valid el nuevo criterio con datos reales medidos en EDAR y en sectores de consumo. Se comprueba la bondad de la nueva propuesta mediante comparacin de los resultados obtenidos frente a los resultados del criterio tradicional.

    Resumen de resultados obtenidos

    Se observa que la aplicacin del nuevo criterio propuesto se adapta mejor que el criterio tradicional al escenario real existente en la Comunidad de Madrid. Para escenarios a largo plazo, el nuevo criterio aporta un resultado global de caudal residual menor (entre un 15% y un 20%) que el resultante de aplicar el criterio tradicional (del 80% del agua suministrada).

    Lneas de investigacin abiertas para la continuacin de los trabajos

    Incorporar el criterio a las prcticas de diseo de depuradoras, con la inclusin de las consideraciones sobre cargas contaminantes.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    Resumen Ejecutivo 1.1. LA PLANIFICACIN EFICIENTE DE INFRAESTRUCTURAS

    La gestin integral de los servicios de abastecimiento, saneamiento y depuracin en la Comunidad de Madrid, incluye la planificacin de inversiones en infraestructuras hidrulicas. Estas inversiones cubren tanto las obras nuevas como las de ampliacin y actualizacin de instalaciones existentes. Las inversiones deben planificarse de forma que en cada escenario presente y futuro, las infraestructuras y su operacin sean capaces de atender a todas las solicitaciones con resultados aceptables en calidad y continuidad del servicio.

    El proceso de planificacin se desarrolla en las siguientes etapas:

    1. Definicin de criterios y estndares de servicio

    2. Definicin de escenarios de anlisis (mbitos, horizontes temporales, e intensidad de las

    solicitaciones)

    3. Identificacin de necesidades en escenarios y horizontes

    4. Seleccin de actuaciones

    5. Programacin para el desarrollo de las actuaciones

    Se programa as el volumen de inversiones, tanto para la implantacin como para la explotacin y mantenimiento. La planificacin ser eficiente cuando con la menor inversin posible, se cumplan los criterios definidos de calidad del servicio en todas las situaciones consideradas.

    Las actuaciones se definen con cierto dimensionamiento y diseo en los que los caudales son claros protagonistas. El objetivo del estudio que se describe a continuacin persigue la mejora de la eficiencia desde una valoracin ms precisa de los caudales considerados.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    1.2. COMPROBACIN DE LA RELACIN ENTRE CAUDALES SUMINISTRADOS Y CAUDALES RESIDUALES URBANOS

    El criterio tradicional empleado para estimar los caudales de agua residual urbana se basa en su clculo como un 80% fijo del caudal de abastecimiento en cada rea de estudio.

    Canal de Isabel II Gestin cuenta con una gran disponibilidad de datos precisos y en cantidad suficiente en el mbito de la Comunidad de Madrid, que ha permitido la generacin de informacin muy til de los caudales circulantes en diferentes puntos estratgicos de las redes de los distintos servicios. Esta disponibilidad es fruto de la implementacin de proyectos de innovacin relacionados con la planificacin y operacin de los sistemas de abastecimiento, saneamiento y depuracin. Destacan por su contribucin en este sentido la sectorizacin de la red de distribucin, el estudio de microcomponentes del consumo domstico, el panel de monitorizacin de consumos individuales, y el sistema de telecontrol y sistema de informacin geogrfica corporativos. Esta informacin ha hecho posible comprobar si los caudales de agua potable suministrados a las reas urbanas, mantienen una proporcin constante con los caudales de aguas residuales urbanas generadas en esas mismas reas.

    Para realizar esta comprobacin se compararon los volmenes reales entregados de agua potable con los circulantes por los colectores del sistema de saneamiento. El alcance de este estudio se limita al clculo del caudal de agua residual urbana, excluyendo las consideraciones de drenaje de aguas pluviales. Para tenerlo en cuenta, todas las comprobaciones realizadas en el estudio se llevaron a cabo con datos reales registrados en periodos secos de meses completos del ao 2012 en la Comunidad de Madrid.

    Los registros de caudales suministrados de agua potable se obtuvieron del sistema sectorizado de operacin del abastecimiento de Canal de Isabel II Gestin. En este trabajo se denominan sectores a las reas de consumo de agua de configuracin permanente, con las entradas y salidas de agua controladas con instrumentos de medida de caudal con frecuencia horaria. A travs de la representacin en el sistema de informacin geogrfica se conocen todos los elementos de red que conforman cada sector, y se identifican todas las acometidas y todos los consumidores (de manera individual) localizados en su interior.

    A su vez, el sistema de telecontrol ha permitido disponer de registros de caudales medidos a intervalos horarios en las depuradoras.

    Contodoloanterior,seestudiaronlosparesdedatoscaudalresidualycaudalsuministradoenagrupaciones mensuales (partiendo de valores diarios, y con sus oportunas consideraciones de calidad de datos). Qued comprobado, con datos reales de 14 depuradoras, que la relacin entre caudal suministrado de abastecimiento y caudal residual urbano circulante no es constante para los sistemas de saneamiento y depuracin controlados, en las que ms de un 70% de los casos de caudales de entrada a depuradora quedaron por debajo del 80% considerado en el criterio tradicional, (figura 1).

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    FIGURA 1. RELACIN DEPURADO REAL / SUMINISTRADO REAL

    A la vista de los resultados obtenidos se concluy que es oportuno buscar una alternativa ms eficiente para el clculo de caudales residuales urbanos, en la que no se dependa de una relacin porcentual nica entre caudal de saneamiento y caudal de abastecimiento.

    1.3. CONSTRUCCIN DE UN NUEVO CRITERIO ALTERNATIVO PARA EL CLCULO DE CAUDALES RESIDUALES URBANOS

    Para la concepcin de un nuevo mtodo de clculo, se aprovecharon el conocimiento y las prcticas de diseo de sistemas de abastecimiento. En abastecimiento, el caudal se calcula por agregacin de consumos individuales tipificados con sus correspondientes dotaciones individuales. Anlogamente, se podra realizar el clculo del caudal de agua residual urbana considerando las propiedades individuales con sus dotaciones y coeficientes de retorno especficos. Se abandonara as el concepto de coeficiente de retorno constante para un rea o ncleo de consumo en su conjunto.

    La figura 2 muestra grficamente el concepto propuesto.

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

    80,0%

    90,0%

    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

    25,0%

    30,0%

    Depurado Real / Suministrado Real

    Relacin [Depurado Real] / [Suministrado Real]: Distribucin de resultados, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    FIGURA 2. CRITERIO ALTERNATIVO DE CLCULO DE CAUDALES RESIDUALES URBANOS

    Deestamanera,elnuevocriteriopropuestosebasaenlaconsideracinindividualdelaspropiedadesgeneradoras de agua residual. Estas propiedades son las unidades fsicas de consumo de agua, que en lo que nos ocupa, se transforman en unidades fsicas de aportacin de retornos de agua al sistema de alcantarillado. Una propiedad es, en el caso de las viviendas, cada uno de los apartamentos o pisos en las construcciones multivivienda, y cada una de las casas o chals para el caso de las construcciones univivienda. Y para el caso del resto de usos no domsticos, una propiedad es una unidad natural de consumo o generacin de agua. Para el caso de la Comunidad de Madrid y su reglamento de contratacin de servicio de agua, una propiedad no domstica equivale a un contrato: una propiedad por cada local comercial, una propiedad por cada industria, una propiedad por cada toma de agua de usos pblicos institucionales, una por cada serie de riegos en viales y parques, etc.

    Las propiedades se clasifican segn el tipo de uso que hacen del agua potable, que determina la proporcin de la misma que retorna al alcantarillado. Esto quiere decir que cada tipo de propiedad contarconsucoeficientederetornoespecfico. La determinacin del valor numrico del coeficiente de retorno se ha basado en las conclusiones del estudio de microcomponentes y usos finales realizado en la Comunidad de Madrid, y en otros estudios relevantes. Los microcomponentes (y usos finales) del agua potable son cada uno de los destinos a los que se dedica el agua dentro de una propiedad.

    En el caso de los usos domsticos, los microcomponentes distinguen los destinos del agua en duchas, lavadoras, lavavajillas, grifos de mano, inodoros, y usos de exterior en patios y jardines. A partir del conocimiento de las partes proporcionales de cada uno de estos usos finales, se determina qu porcentaje del agua suministrada se devuelve al alcantarillado desde las viviendas, diferenciando estos coeficientes de retorno para hogares en formato multivivienda y univivienda.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    Para el resto de usos se ha trabajado de forma anloga. Cabe destacar el caso de los usos de exterior en parques y jardines pblicos y privados, de los que se ha supuesto un retorno nulo al alcantarillado.

    Los coeficientes de retorno para los usos actuales se fijaron en:

    Usos domsticos, en edificacin multivivienda: 1,00

    Usos domsticos, en edificacin univivienda: 0,73

    Uso industrial, dotacional y terciario: 0,90

    Usos de exterior (riegos): 0,00

    Para designar un coeficiente de retorno al resto de usos y destinos, que de hecho se realizan u ocurren en las reas urbanas, se ha tenido en cuenta directamente la intencin del nuevo criterio de representar el porcentaje de agua que circulafinalmenteporelalcantarillado.Esterestodedestinostuvoalgunaimportancia al trabajar con la comprobacin ms precisa posible para verificar la validez de este proceso, al incluir usos de agua en purgas y limpiezas de tuberas, usos fraudulentos, etc.

    1.4. COMPROBACIN DE LA VALIDEZ DEL NUEVO CRITERIO

    Para validar este criterio como mtodo de clculo, se comprob la bondad del ajuste de los datos reales medidos de caudales de agua residual urbana, con los que resultaron de aplicar los coeficientes de retorno especficos sobre los distintos usos de agua potable medidos en las propiedades consideradas individualmente. Con ello se convirtieron los flujos de consumo real de agua potable medidos en usuarios, en caudal calculado de agua residual circulante. Luego se comprob el encaje de este caudal residual calculado, con los caudales residuales realmente circulantes.

    Para ello se emple la base de datos de registros de consumos individuales medidos en contador de usuario, clasificndolos por su tipo de uso. Los volmenes entregados a las redes de distribucin en cada sector que no corresponden con consumos medidos en usuarios (agua no controlada), fueron obtenidos con los mtodos de clculo y estimacin empleados en la elaboracin de los distintos indicadores de eficiencia de los propios sectores de distribucin.

    Para todo lo anterior se trabaj sobre una matriz de asignacin de reas de consumo de agua potable (sectores de abastecimiento), sobre sistemas de alcantarillado y colectores (incluso cuencas de drenaje de depuradoras). Necesariamente se han caracterizado los registros segn su grado de fiabilidad, atendiendo no slo a la calidad supuesta del dato, sino a la representatividad y fiabilidad a los efectos que nos ocupan. Para evitar la interferencia de los caudales pluviales en los registros de las entradas a depuradoras, se ha trabajado con series de datos de periodos secos del ao 2012.

    Este clculo de validacin result significativamente ms preciso que el resultado de aplicar el coeficiente del 80% al suministro en cabecera de sectores de abastecimiento. Para el conjunto de las depuradoras que trabajan con caudales reales por debajo de los 2.000 m3/da, el nuevo criterio evita los sobredimensionamientos que muestra el criterio tradicional. Y para los 4 mayores sistemas de depuracin estudiados en condiciones de mayor fiabilidad (con caudales reales diarios por encima de los 9.000 m3), el nuevo criterio se aproxima significativamente mejor al clculo ptimo.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    En este escenario de calibracin, se comprueba que de la aplicacin del nuevo criterio de clculo de agua residual urbana sobre los sectores de distribucin, resulta una dispersin considerable de la relacin entre agua residual calculada y agua suministrada medida, acumulndose un 80% de los sectores con esta relacin por debajo del 0,8 (figura 3).

    FIGURA 3. VERIFICACIN DEL CRITERIO CON SUMINISTRO REAL EN SECTORES FIABLES

    Con este trabajo de validacin se concluy que para el clculo de caudales de agua residual urbana, la consideracin de coeficientes de retorno especficos para los diferentes usos del agua que tienen lugar en las propiedades individuales, da resultados ms precisos que un coeficiente nico para toda el rea de influencia aplicado sobre los suministros totales de agua potable.

    As, con este nuevo criterio se garantiza una mayor eficacia en el pronstico de generacin de caudales residuales urbanos, que da lugar a una mayor eficiencia en el proceso de planificacin de infraestructuras de saneamiento y depuracin.

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    70%

    80%

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    100%

    0%

    5%

    10%

    15%

    20%

    25%

    30%

    Residual Nuevo Criterio / Suministrado Real

    Verificacin en el nivel de Sector con suministro real en sectores fiables: Relacin [Residual Nuevo Criterio] / [Suministrado Real]

    sobre unidades de consumo existentes, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. Sectores Nm. Sectores Acumulado

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin 1

    1.5. FORMULACIN DEL NUEVO CRITERIO PARA EL CLCULO DE CAUDALES DE DISEO DE AGUA RESIDUAL URBANA

    Habiendo dado por buena la mayor validez del nuevo criterio descrito, se acometi el diseo de una formulacin adecuada para el clculo de caudales de agua residual urbana orientado a las labores de planificacin de infraestructuras. La formulacin buscada se plantea en trminos relativos a las variables empleadas en la planificacin y dimensionamiento de las infraestructuras de abastecimiento y distribucin.

    Esta planificacin se basa, como se ha dicho, en la definicin de ciertos escenarios de trabajo, en los que normalmente convivirn, para el horizonte y la escala espacial que corresponda en cada caso, propiedades asentadas sobre suelo ya desarrollado urbansticamente y propiedades de nueva implantacin. La separacin en estas dos categoras tiene relevancia pues las dotaciones de diseo para cada propiedad estn diferenciadas en las prcticas de diseo de abastecimiento en la Empresa, y se ha pretendido heredar estas mejores prcticas hacia el diseo de las infraestructuras de saneamiento y depuracin de Canal de Isabel II Gestin.

    Para la planificacin y definicin de las infraestructuras de abastecimiento, es habitual considerar la siguiente diferenciacin de usos del agua:

    Usos domsticos, en edificacin multivivienda

    Usos domsticos, en edificacin univivienda

    Uso industrial, dotacional y terciario

    Zonas verdes

    Esta desagregacin coincide con las figuras de planeamiento urbano que ms adelante se emplearn para la definicin de escenarios futuros en la Comunidad de Madrid.

    Cada uno de estos usos del agua potable cuenta con una dotacin actual individual de diseo para propiedades que ya existen o podran existir de forma inminente (pues corresponden a suelo ya desarrollado urbansticamente). La cuantificacin de estas dotaciones corresponde a resultados de trabajos estadsticos sobre consumos reales medidos en series largas en propiedades de la Comunidad de Madrid, a escala municipal para usos domsticos y clasificados en 11 zonas significativas en las que se divide el territorio, para usos no domsticos. Estas dotaciones de abastecimiento representan el consumo que puede realizarse para el horizonte actual en condiciones de consumos mximos de diseo. Elmtodoqueaqusedescribeidentificaloscoeficientesderetornoadecuadosparatransformarestas dotaciones de abastecimiento en los caudales individuales de diseo de agua residual urbana para propiedades existentes o de inminente implantacin en suelo desarrollado.

    Para el clculo de generacin de agua residual urbana en propiedades futuras, se parti de las dotaciones de abastecimiento definidas para esas propiedades, sobre las que se aplicaron los coeficientes de retorno propios de cada tipo de uso, modificados para adecuarse a las diferencias en la definicin de dichas dotaciones. En el caso de las dotaciones futuras, se descontaron en cada caso, las partes proporcionales correspondientes a fugas y otros destinos que no han de computar en el clculo de aguas residuales, pero que s se consideraron al definir las dotaciones de abastecimiento.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin

    Se propone entonces la implementacin de un nuevo mtodo de clculo para el caudal de agua residual urbana, basado en coeficientes de retorno diferenciados para cada tipo de uso de agua de abastecimiento y para cada situacin de consolidacin o planificacin de futuro del suelo urbano, segn refleja la tabla 1.

    TABLA 1. COEFICIENTES DE RETORNO

    Concepto

    Coeficiente de retorno para dotaciones de diseo

    Uso en suelo desarrollado Uso en planeamiento futuro

    Domstico Multivivienda 100% 95%

    Domstico Univivienda 73% 80%

    Uso Industrial, Dotacional y Terciario 90% 85,5%

    Resto de usos 0% 0%

    1.6. ESTIMACIN DE LA TRASCENDENCIA DEL CAMBIO DE CRITERIO

    Una vez validado el criterio y formulada la aplicacin del mismo para el clculo de caudales sobre escenarios futuros, se procedi a cuantificar el impacto de la adopcin del nuevo mtodo de determinacin de caudales de diseo para el sistema de depuracin de la Comunidad de Madrid. Considerando significativo el horizonte a largo plazo (ao 2027), se compar, para cada depuradora ampliada y nueva prevista (segn el proceso de planificacin de inversiones de la Empresa), las solicitaciones en trminos de caudal diario para el da de mximo consumo calculadas con el nuevo criterio propuesto y con el criterio tradicional.

    Se concluy que la adopcin de un mtodo de clculo para caudales de agua residual urbana basado en coeficientes de retorno individualizados para cada tipo de uso, desprende un resultado global que minora en un 15% el resultado del clculo obtenido con el criterio tradicional. El 74% de las actuaciones previstas para este horizonte resultaron con una disminucin de caudales residuales en el intervalo del 10%al25%,acumulandounahorrodel90%deladisminucintotalcalculada.Msconcretamente,el37% de las actuaciones estudiadas resultaron con una disminucin de caudales residuales en el intervalo del15%al20%,concentrandoun54%delahorrototal.La figura 4 ilustra el proceso descrito.

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    Resumen Ejecutivo

    Canal de Isabel II Gestin

    FIGURA 4. IMPACTO DEL CRITERIO CALCULADO

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    70%

    80%

    90%

    100%

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    Intervalos de disminucin de caudales residuales urbanos de diseo (% sobre criterio tradicional)

    Estimacin del impacto del cambio de criterio en el diseo a largo plazo de depuradoras

    % de disminucin sobre el criterio tradicional % acumulado de disminucin sobre el criterio tradicional

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    Objeto, justificacin y alcance del estudio

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    2.1. OBJETO DEL ESTUDIO

    La gestin integral de los servicios de saneamiento y depuracin de las aguas residuales urbanas pasanpor un correcto dimensionamiento de las infraestructuras sobre las que se realizan las operacionespertinentes que facilitan la prestacin del servicio encomendado. Este dimensionamiento dealcantarillas, colectores y depuradoras debe ser tal que permita responder con garantas al gran abanicode escenarios a los que se enfrentarn a lo largo de su vida til.

    El proceso de planificacin se desarrolla en las siguientes etapas:

    1. Definicin de criterios y estndares de servicio2. Definicin de escenarios de anlisis (mbitos, horizontes temporales, e intensidad de las

    solicitaciones)3. Identificacin de necesidades en escenarios y horizontes4. Seleccin de actuaciones5. Programacin para el desarrollo de las actuaciones.

    La planificacin eficiente de infraestructuras de los sistemas de saneamiento y depuracin se basa en ladeteccin de las necesidades en los diferentes escenarios contemplados, y en el diseo de lasactuaciones que cubran esas necesidades con la garanta debida. Los sobredimensionamientos deinfraestructuras son desviaciones que aportan mayor garanta frente a posibles demandas futuras, peroque encarecen la inversin inicial de la obra, y los gastos de mantenimiento y explotacin.

    En el desarrollo de las actividades de mejora de la eficiencia de planificacin de inversiones en laComunidad de Madrid, se ha detectado la oportunidad de reconsiderar los clculos de caudales deaguas residuales urbanas y de conseguir unos valores ms precisos para el dimensionamiento adecuadode los colectores, emisarios y depuradoras del sistema de saneamiento y depuracin que dan servicio alos ncleos urbanos.

    El objeto de esta nueva propuesta es contribuir a la mejora de la eficiencia en la planificacin denecesidades de inversin en el sistema de Saneamiento y Depuracin, a travs de un nuevo mtodo dedeterminacin de los caudales de aguas residuales urbanas.

    Para la consecucin de este objetivo se establece una metodologa aplicable a escenarios presentes yfuturos, mediante la parametrizacin de los clculos en funcin de las propiedades (segn tipologa) yusos existentes, as como en los usos previstos en las superficies de las figuras de planeamiento.

    Los caudales que determinan los dimensionamientos finales de las infraestructuras de saneamiento ydepuracin, estn lgicamente muy influenciados por los caudales de drenaje de las aguas pluviales. Dehecho se suele considerar que los caudales pluviales terminan dimensionando los decantadores,mientras los caudales de agua residual urbana dimensionan los reactores biolgicos. El alcance de esteestudio se limita al clculo del caudal de agua residual urbana, debindose tener en cuenta, en su caso,la adicin de otros caudales para la determinacin de caudales de diseo de los diferentes elementos delas redes de saneamiento y de las depuradoras.

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    Objeto, justificacin y alcance del estudio

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    2.2. METODOLOGA Y ALCANCE

    Hasta la fecha, las prcticas de dimensionamiento de infraestructuras de saneamiento y depuracin, enlo referente a los caudales de agua residual urbana, se basan en el clculo de estos caudales como unaproporcin fija del 80% respecto al caudal suministrado de diseo.

    La elaboracin de este estudio parti de la discusin de la idoneidad de este criterio tradicional. Lacomprobacin de la validez del ajuste proporcionado por este criterio (residual como 80% delabastecimiento) se realiz mediante el anlisis de las proporciones reales medidas entre caudalesentregados a los sistemas de suministros de la Comunidad de Madrid, y sus correspondientes caudalesde aguas residuales.

    Una vez comprobada la dispersin de esta proporcin, se trabaj sobre la definicin de un nuevocriterio para la determinacin de los caudales residuales, basado en la consideracin de coeficientes deretorno distintos para los diferentes usos del agua suministrada. Para ello se defini una batera decoeficientes de retorno, deduciendo los valores ms precisos posibles desde los estudios de I+D+i ytrabajos previos realizados en Canal de Isabel II Gestin.

    A partir de la definicin de este nuevo criterio, se trabaj sobre la validacin del mismo con unacomprobacin similar a la realizada para discutir la idoneidad del criterio tradicional. Con el nuevocriterio se calcularon los caudales residuales urbanos de los sistemas de distribucin de la Comunidad deMadrid para escenarios existentes con registro de caudal. El clculo consisti en la aplicacin de loscoeficientes de retorno diferenciados sobre los consumos realmente medidos y otros usos noregistrados (pero estimados con los mejores procedimientos). A continuacin, se contrastaron con losrealmente medidos en los sistemas de saneamiento y depuracin correspondientes. El resultadoobtenido fue de mayor calidad que el proporcionado por el criterio tradicional, por lo que se procedi aldesarrollo de un mtodo de clculo til basado en este criterio.

    La formulacin del criterio para su empleo en el clculo de caudales de diseo de agua residual en lastareas de dimensionamiento de infraestructuras se defini de forma relativa al clculo de caudales dediseo de abastecimiento. Para ello, se especificaron los coeficientes de retorno a aplicar a las series dedotaciones de abastecimiento empleados en los dimensionamientos hidrulicos de agua potable, quedistinguen tanto los usos domsticos (con tipificacin de edificacin univivienda y multivivienda) de usosindustriales, dotacionales y terciarios, y usos de zonas verdes, como la inclusin de los usos en reasurbanas ya desarrolladas o en planeamiento futuro.

    El alcance del estudio se cierra con la estimacin del impacto que resultara de la adopcin de estenuevo criterio propuesto sobre el mbito de trabajo de la Comunidad de Madrid. Considerandosignificativo el escenario de diseo en el horizonte de largo plazo, se comparan los resultados obtenidospor losmtodos de clculo tradicional y nuevo propuesto.

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    2.3. LO QUE OCURRE, Y LO QUE PUEDE OCURRIR

    Para la comprensin del contenido de este cuaderno de Investigacin, Desarrollo e Innovacin esnecesaria la correcta distincin de los conceptos de escenarios reales y los hipotticos de diseo.

    Los escenarios reales y las medidas que de ellos disponemos para su estudio, son el reflejo de lociertamente ocurrido, en el intervalo de tiempo monitorizado. Representan hechos reales, y nos sirvenpara establecer proporciones y relaciones factibles.Estas condiciones realmente medidas son unconjunto de datos que podan ocurrir, puesto que se han registrado, pero no son todas las que podranhaber ocurrido en el pasado, ni mucho menos abarcan todas las que podrn ocurrir en el futuro.

    Los escenarios de diseo, tal y como se conciben en el dimensionamiento de infraestructuras de obracivil, son las condiciones, demandas y cargas a las que se podra enfrentar la obra a lo largo de su vidatil. La demandamximaa considerar se ha de relacionar con la garanta de servicio requerida, y sudefinicin ser labor de los equipos de normalizacin y planificacin en cada caso. Los escenarios dediseo, por definicin, son con alta probabilidadms exigentes que los escenarios reales.

    En el sector de las aguas urbanas, los clculos de las demandas normalmente se basan en los conceptosdedotacinunitaria,nmero de unidades, y coincidencia temporal de estas demandas unitarias. As,un escenario de clculo se crea con la definicin de las unidades de consumo existentes o previstas, ladotacin de agua de cada unidad, segn tipo de uso, y un coeficiente de simultaneidad de los usos enestos puntos de consumo.

    Para el desarrollo del estudio que se refleja en este cuaderno de Investigacin, Desarrollo e Innovacinse han tenido en cuenta escenarios reales tanto para la deteccin de la oportunidad de mejora, comopara la validacin del cambio de criterio de clculo propuesto. Y los escenarios de diseo se emplearonpara la formulacin de la propuesta del nuevo criterio, y para la estimacin de la trascendencia delcambio de criterio, mediante la simulacin de diseo de cierto nmero de depuradoras en la Comunidadde Madrid.

    2.4. EL COEFICIENTE DE SEGURIDAD DE DISEO

    En el proceso de diseo de cualquier infraestructura se considera, de forma explcita o implcita, uncoeficiente de seguridad de diseo con el que se cubre la garanta de respuesta frente a lassolicitaciones a las que debe responder.

    El mtodo de clculo basado en el nuevo criterio que se propone en este documento asume, por sudefinicin relativa al suministro, los coeficientes de seguridad de abastecimiento, basados a su vez en lasdotaciones de diseo.

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    Antecedentes y comprobacin de la idoneidad del criterio tradicional

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    Desde hace aos se ha estado utilizando el mtodo de clculo simplificado admitido en la Instruccin dePlanificacin Hidrolgica1, para caudales de diseo de aguas residuales urbanas. Este criterio tradicional,a falta de datos reales, asume una proporcin directa y constante entre los caudales de aguasuministrada y los devueltos al sistema de alcantarillado:

    Q diseo_saneamiento_diario = 0,8Q diseo_suministro_diario

    Este criterio de clculo tambin fue adoptado por Canal de Isabel II, como se recoge en las Normas paraRedes de Saneamiento, en su versin del 20062 (vigente), donde se encuentra el mismo coeficiente deretorno como factor en las frmulas de clculo de caudales medios de aguas residuales de origendomstico e industrial (pginas 96 y 97).

    La directiva Europea relativa al tratamiento de aguas residuales urbanas 91/271/CEE nicamente hacereferencia a que el sistema de colectores y estaciones de tratamiento se deber realizar con los mejoresconocimientos tcnicos que no redunden en costes excesivos, en especial en lo que respecta a:

    Volumen y caractersticas de aguas residuales urbanas

    Prevencin de escapes

    Restriccin por contaminacin de las aguas receptoras por el desbordamiento de las aguas detormenta

    Por otra parte, existe una normativa americana, (Recommended Standards for Wastewater Facilities3)para instalaciones que se disean en funcin del caudal de agua residual urbana, que aplica endiferentes estados como Illinois, New York, Indiana, Ohio, Ontario, Michigan, Pennsylvania, Minnesota,Wisconsin o Missouri, y propone el clculo con la consideracin de diferentes aportaciones a la red,segn el tipo de uso de agua en la propiedad considerada. En ella se distingue la dotacin de aguaresidual de usos domsticos e industriales, sin consideraciones sobre otros usos.

    Las diferencias evidentes entre las configuraciones urbanas que conviven en la Comunidad de Madrid,desde las urbanizaciones de recreo de la sierra de Guadarrama, a las altas densidades de edificacin enciertos barrios de la periferia metropolitana de Madrid capital, dan lugar a sospechas razonables sobrela idoneidad de adoptar un nico criterio para el clculo de los caudales de aguas residuales.

    Canal de Isabel II Gestin cuenta con una gran disponibilidad de datos precisos y en cantidad suficienteen el mbito de la Comunidad de Madrid, que ha permitido la generacin de informacin muy til de loscaudales circulantes en diferentes puntos estratgicos de las redes de los distintos servicios. Estadisponibilidad es fruto de la implementacin de proyectos de innovacin relacionados con laplanificacin y operacin de los sistemas de abastecimiento, saneamiento y depuracin. Destacan porsu contribucin en este sentido, la sectorizacin de la red de distribucin, el estudio demicrocomponentes del consumo domstico, el panel de monitorizacin de consumos individuales, y elsistema de telecontrol y sistema de informacin geogrfica corporativos.

    1 Instruccin de Planificacin Hidrolgica,Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino (2008).2 Normas para Redes de Saneamiento, Canal de Isabel II (2006).3 Recommended Standards for Wastewater Facilities, 2004 edition Wastewater committee of the Great LakesUpper Mississippi River.

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    Antecedentes y comprobacin de la idoneidad del criterio tradicional

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    Con la consideracin de estos antecedentes, y con la vista puesta en la planificacin ms eficiente de lasinversiones en infraestructuras de saneamiento y depuracin, dentro del mbito de responsabilidad deCanal de Isabel II Gestin, se aborda el trabajo descrito en este documento.

    3.1. ANLISIS DEL CONTEXTO SUMINISTRODEPURACIN

    A partir de los datos disponibles para el estudio se pudo trabajar sobre la correspondencia de caudalesde agua potable entregados a las reas urbanas, y los caudales de agua residual urbana generados en lasmismas. Como se ha indicado, tradicionalmente se ha dado por vlida una proporcin del 80% entreestos caudales. Este porcentaje probablemente est influenciado por estimaciones dirigidas a anlisis decuencas en su conjunto, y no a reas urbanas en particular. Se trata ahora de estudiar, en los distintoscasos posibles, la relacin real entre los caudales reales de los sistemas de abastecimiento ysaneamiento y depuracin en reas urbanas conocidas.

    El sistema de abastecimiento de Canal de Isabel II Gestin cuenta con 693 sectores, de los que sedispone de medidas en 343 sectores aislados para la estacin de verano 2012. Se cont con unafiabilidad7(mxima), en 208 sectores (ver Anexo 9.1. Datos disponibles para el estudio).

    El primer paso para el estudio ha consistido en la comprobacin de la relacin existente actualmente,entre los caudales suministrados (medidos en entradas de los sectores), y los de llegada a lasdepuradoras, procedentes de los sectores que drenan en cada una de ellas.

    La figura 5 representa el esquema de la relacin hidrulica de dependencia de sectores condepuradoras.

    Para cada depuradora (EDAR 1 en la figura 5), se comprob la relacin entre la suma de los caudalessuministrados a sus correspondientes sectores de abastecimiento (sectores 1 + 2 + 3), con el caudalresidual circulante total. Segn la disponibilidad de datos, la comprobacin se realiz con datos realesde depuracin. Se trataba de contrastar la idoneidad de la suposicin de la relacin del 80% entrecaudales de saneamiento y abastecimiento:

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    Canal de Isabel II Gestin

    FIGURA 5. RELACIN DE SECTORES CON DEPURADORAS

    El mbito de estudio se bas en un total de 147 depuradoras con caudal controlado, a las que corresponden 147 cuencas de drenaje diferentes, con distinto grado de fiabilidad en la medida de sus caudales.

    La agrupacin de sectores para conformar el caudal de agua residual urbana de entrada en cada estacin depuradora de aguas residuales (EDAR) se realiz mediante herramientas del sistema de informacin geogrfico corporativo. La fiabilidad del anlisis se apoya en la fiabilidad simultnea de ambas fuentes de informacin.

    En el contraste entre los volmenes suministrados a los sectores de abastecimiento, y los depurados en la correspondiente EDAR, se tuvo en cuenta que:

    Parte de los usos de agua en el suelo urbano no genera vertidos al alcantarillado Parte de los caudales vertidos al alcantarillado se pierde en el transporte por la red de

    saneamiento, y no llega a la EDAR

    Como se explica en los comentarios a la fiabilidad de los datos (ver Anexo 9.1. Datos disponibles para el estudio), para realizar la comprobacin de correspondencia entre caudales suministrados medidos y depurados medidos se evitaron los periodos de lluvias, en los que la escorrenta aporta caudales circulantes en el alcantarillado, que perturban el anlisis. Con este motivo se ha limitado el periodo de anlisis al verano de 2012.

    El anlisis realizado para cada depuradora, determina el porcentaje real de agua suministrada que realmente retorna al sistema de alcantarillado. En un 82% de los casos, siempre segn los valores reales disponibles, se depuraron volmenes no superiores al 80% del volumen suministrado, y en el 60% de estas depuradoras se midi por debajo del 70% de lo registrado en el suministro a sectores.

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    La figura 6 muestra el porcentaje de volumen depurado respecto al total suministrado a los sectorescuyos vertidos depuran, para las depuradoras de mxima fiabilidad combinada (Grupo 1, caracterizadas11 depuradoras; ver Anexo 9.1. Datos disponibles para el estudio).

    FIGURA 6. DISTRIBUCIN DE FRECUENCIAS DE LA RELACIN DE CAUDALES DEPURADO REAL YSUMINISTRADO REAL EN EDAR. FIABILIDADMXIMA

    En la figura 7 se ofrece una grfica para una combinacin de fiabilidad ms relajada (Grupo 2; ver Anexo9.1. Datos disponibles para el estudio); el anlisis result sobre 14 depuradoras y ofrece una dispersinrelativamente parecida a la anterior.

    En cualquier caso, la proporcionalidad entre caudal depurado real/caudal suministrado real se mostrcomo no constante.

    En ambas muestras se puso de manifiesto la variabilidad de ratios existente entre los volmenessuministrados y los de entrada al saneamiento y depuracin (del 40%, al 90%), a pesar del efecto decompensacin que, sin duda, se produjo al sumar sectores de diversa composicin y caractersticas.

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

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    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

    25,0%

    30,0%

    Depurado Real / Suministrado Real

    Relacin [Depurado Real] / [Suministrado Real]:Distribucin de resultados, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

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    FIGURA 7. DISTRIBUCIN DE FRECUENCIAS DE LA RELACIN DE CAUDALES DEPURADO REAL Y SUMINISTRADO REAL EN EDAR. FIABILIDAD ALTA

    Esta dispersin avala la bsqueda de un criterio de clculo de caudales de saneamiento que contemple las variadas caractersticas de los usos de agua en cada municipio y zona, y del estado de las infraestructuras de saneamiento.

    3.2. RELACIONES ENTRE MEDIDAS DE CAUDALES SUMINISTRADOS Y MEDIDAS DE CAUDALES DEPURADOS, SEGN DIFERENTES FILTROS DE FIABILIDAD

    Se ha realizado un anlisis de la relacin residual/suministro en el conjunto de los datos disponibles para todas las depuradoras con sus diferentes niveles de fiabilidad.

    La relacin entre los volmenes suministrados, medidos en cabeceras de los sectores, y los volmenes depurados, medidos en las depuradoras respectivas, da lugar a la grfica de la figura 8. En ella se aprecia la falta de consistencia de la suposicin de la relacin porcentual fija.

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

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    70,0%

    80,0%

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    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

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    Depurado Real / Suministrado Real

    Relacin [Depurado Real] / [Suministrado Real]: Distribucin de resultados, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

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    FIGURA 8. DISPERSIN ENTRE SUMINISTRADO REAL A SECTORES Y DEPURADO REAL EDAR

    La dispersin resultante se analiz agrupando los resultados de ratios porcentuales de la relacin depurada medida/suministrada medida.

    Se aportan los grficos de las figuras 9 y 10, seleccionando las depuradoras por grupos, segn la fiabilidad combinada que presentan, a aadir a las dos combinaciones ya presentadas.

    En la figura 9, se trabaj con las depuradoras del Grupo 3 de fiabilidad (35 depuradoras; ver Anexo 9.1. Datos disponibles para el estudio).

    y = 0,6008x R = 0,0731

    0

    250.000

    500.000

    750.000

    1.000.000

    1.250.000

    1.500.000

    0 250.000 500.000 750.000 1.000.000 1.250.000 1.500.000

    Agua suministrada (m3/mes)

    Dispersin [Suministrado Real a Sectores; Depurado Real en EDAR]

    (para cualquier fiabilidad combinada)

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    FIGURA 9. DISTRIBUCIN DE FRECUENCIAS DE LA RELACIN DE CAUDALES DEPURADO REAL Y SUMINISTRADO REAL EN EDAR. FIABILIDAD MEDIA

    En este anlisis se introdujeron todas las depuradoras que dan servicio a grupos de sectores con medida del caudal de agua suministrada de fiabilidad muy alta. Se ha deshecho la continuidad de la curva de frecuenciasacumuladas,apareciendounpuntodeinflexinenelpuntohasta50%(para la proporcin entre caudal depurado respecto caudal suministrado). Aparece adems, un subconjunto de frecuencias para relaciones depurado/suministrado altas, con mximo en el 90%. Ntese que existen registros de caudales depurados superiores a los suministrados de agua potable en las reas a las que da servicio la EDAR: estas depuradoras lgicamente no se consideran de utilidad para los anlisis de validacin que se elaborarn en el estudio, ya que pueden confirmar errores en los datos o registros, errores en la configuracin de los usos y sectores o intrusiones de caudales en la red de saneamiento.

    Y en la figura 10, se trabaj con las depuradoras del Grupo 4 de fiabilidad (76 depuradoras; ver Anexo 9.1. Datos disponibles para el estudio).

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

    80,0%

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    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

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    20,0%

    25,0%

    30,0%

    35,0%

    Depurado Real / Suministrado Real

    Relacin [Depurado Real] / [Suministrado Real]: Distribucin de resultados, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

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    Antecedentes y comprobacin de la idoneidad del criterio tradicional

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    FIGURA 10. DISTRIBUCIN DE FRECUENCIAS DE LA RELACIN DE CAUDALES DEPURADO REAL YSUMINISTRADO REAL EN EDAR. SIN FILTROS DE FIABILIDAD

    Introduciendo todos los casos disponibles (con cualquier fiabilidad asignada) se suaviza el efecto de

    doble campana de la figura 10 anterior.

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

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    80,0%

    90,0%

    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

    25,0%

    30,0%

    Depurado Real / Suministrado Real

    Relacin [Depurado Real] / [Suministrado Real]:Distribucin de resultados, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

  • 4. Propuesta de un criterio alternativo

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Propuesta de un criterio alternativo

    Canal de Isabel II Gestin 3

    El criterio propuesto para el clculo de caudal de agua residual urbana se fundamenta en la segregacin y tipificacin de los usos del agua de abastecimiento. La propuesta est orientada al clculo de caudales en tiempo seco, para el diseo de redes de saneamiento y depuracin.

    El criterio se basa en la distincin de dos componentes en cada uso que se le da al agua suministrada: un componenteconsuntivoyotroquevierte al alcantarillado.As,seaplicaunporcentajedevertidodiferente para cada uso de agua suministrada (figura 11), de forma que el caudal de agua residual urbana generada por cada sector depender de los usos del agua suministrada que efectivamente se realicen en l.

    FIGURA 11. VERTIDOS SEGN USOS DEL AGUA

    Para la concepcin de un nuevo mtodo de clculo, se aprovecharon el conocimiento y las prcticas de diseo de sistemas de abastecimiento. En abastecimiento, el caudal se calcula por agregacin de consumos individuales tipificados con sus correspondientes dotaciones individuales. Anlogamente, se podra realizar el clculo del caudal de agua residual urbana, considerando las propiedades individuales con sus dotaciones y coeficientes de retorno especficos. Se abandonara as el concepto de coeficiente de retorno constante para un rea o ncleo de consumo en su conjunto.

    Las propiedades se clasifican segn el tipo de uso que hacen del agua potable, que determina la proporcin de la misma que retorna al alcantarillado. Esto quiere decir que cada tipo de propiedad contarconsucoeficientederetornoespecfico.Ladeterminacindelvalornumricodel coeficiente de retorno se ha basado en las conclusiones del estudio de microcomponentes y usos finales realizado en la Comunidad de Madrid, y en otros estudios relevantes. Los microcomponentes (y usos finales) del agua potable son cada uno de los destinos a los que se dedica el agua dentro de una propiedad.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Propuesta de un criterio alternativo

    Canal de Isabel II Gestin 35

    De esta manera, el nuevo criterio propuesto se basa en la consideracin individual de laspropiedadesgeneradoras de agua residual. Estas propiedades son las unidades fsicas de consumo de agua, que en loque nos ocupa, se transforman en unidades fsicas de aportacin de retornos de agua al sistema dealcantarillado. Una propiedad es, en el caso de las viviendas, cada uno de los apartamentos o pisos enlas construcciones multivivienda, y cada una de las casas o chals para el caso de las construccionesunivivienda. Y para el caso del resto de usos no domsticos, una propiedad es una unidad natural deconsumo o generacin de agua. Para el caso de la Comunidad de Madrid y su reglamento decontratacin de servicio de agua, una propiedad no domstica equivale a un contrato: una propiedadpor cada local comercial, una propiedad por cada industria, una propiedad por cada toma de agua deusos pblicos institucionales, una por cada serie de riegos en viales y parques, etc.

    En el caso de los usos domsticos, los microcomponentes distinguen los destinos del agua en duchas,lavadoras, lavavajillas, grifos de mano, inodoros, y usos de exterior en patios y jardines. A partir delconocimiento de las partes proporcionales de cada uno de estos usos finales, se determina quporcentaje del agua suministrada se devuelve al alcantarillado desde las viviendas, diferenciando estoscoeficientes de retorno para hogares en formato multivivienda y univivienda.

    Para el resto de usos se ha trabajado de forma anloga. Cabe destacar el caso de los usos de exterior enparques y jardines pblicos y privados, de los que se ha supuesto un retorno nulo al alcantarillado.

    Para designar un coeficiente de retorno al resto de usos y destinos, que de hecho se realizan u ocurrenen las reas urbanas, se ha tenido en cuenta directamente la intencin del nuevo criterio, derepresentar el porcentaje de agua que circula finalmente por el alcantarillado. Esterestodedestinostuvo alguna importancia al trabajar con la comprobacin ms precisa posible para verificar la validez deeste proceso, al incluir usos de agua en purgas y limpiezas de tuberas, usos fraudulentos, etc.

  • 5. Comprobacin de la validez del nuevo criterio

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin

    Para validar el nuevo criterio propuesto como mtodo de clculo, se comprob la bondad del ajuste de los datos reales medidos de caudales de agua residual urbana, con los que resultaron de aplicar los coeficientes de retorno especficos (ajustados para los valores reales) sobre los distintos usos de agua potable medidos en las propiedades consideradas individualmente. Con ello, se convirtieron los flujos de consumo real de agua potable medidos en usuarios, en caudal calculado de agua residual circulante. Luego, se comprob el encaje de este caudal residual calculado, con los caudales residuales realmente circulantes y llegados a las depuradoras de los sistemas de Canal de Isabel II Gestin.

    Estosupusoladefinicindeunescenariodecalibracinenlaquesedeterminarontodoslosdestinosdel agua suministrada a cada sector de abastecimiento til para el anlisis. Para ello se emple la base de datos de registros de consumos individuales medidos en contador de usuario, clasificndolos por su tipo de uso. Los volmenes entregados a las redes de distribucin en cada sector que no corresponden con consumos medidos en usuarios (agua no controlada), fueron obtenidos con los mtodos de clculo y estimacin empleados en la elaboracin de los distintos indicadores de eficiencia de los propios sectores de distribucin.

    Para todo lo anterior se trabaj sobre una matriz de asignacin de reas de consumo de agua potable (sectores de abastecimiento), sobre sistemas de alcantarillado y colectores (cuencas de drenaje de depuradoras). Necesariamente se han caracterizado los registros segn su grado de fiabilidad, atendiendo no slo a la calidad supuesta del dato, sino a la representatividad y fiabilidad a los efectos que nos ocupan. Como se apunt en el captulo 3 Antecedentes y comprobacin de la idoneidad del criterio tradicional, se ha trabajado con series de datos de periodos secos del ao 2012.

    Finalmente, los coeficientes de retorno para los usos actuales se fijaron en:

    Usos domsticos, en edificacin multivivienda: 1,00 Usos domsticos, en edificacin univivienda: 0,73 Uso industrial, dotacional y terciario: 0,90 Usos de exterior (riegos): 0,00

    A continuacin, se detalla la justificacin de los coeficientes utilizados en la formulacin especfica para la calibracin de la propuesta.

    5.1. VALIDACIN DEL CRITERIO PROPUESTO PARA SUELO URBANO DESARROLLADO

    La validacin se realiz comprobando la capacidad del criterio propuesto para reproducir mediante clculo, los caudales circulantes a la entrada de las depuradoras existentes en el mbito de estudio.

    Para ello, en las cuencas de influencia de cada depuradora, se aplic a los consumos registrados reales en cada propiedad individual su oportuno coeficiente de retorno. La agregacin de estos caudales individuales se contrast con las medidas de reales de caudales circulantes en la entrada de las depuradoras. La figura 12 muestra grficamente la seleccin de datos que alimentan la frmula de validacin:

    Retornos_Individuales) i Medida_entrada_Depuradora i Suma de caudales devueltos al saneamiento medido entrada depuradora

    Donde:

    Retornos_Individuales) i = Medida_Consumos_Individuales) i Suma de caudales devueltos al saneamiento = Suma de cada caudal registrado en usuario por su Coeficiente de retorno

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    Canal de Isabel II Gestin 38

    FIGURA 12. ESQUEMA DE TRABAJO PARA LA VALIDACIN DEL CRITERIO PROPUESTO

    5.1.1. Aplicacin del nuevo criterio a las circunstancias actuales

    En este epgrafe se justifica y explica la utilizacin de los coeficientes que se muestran en la formulacin,y que se ha realizado sobre registros reales de depuradoras y sectores.

    DomsticoMultiviviendaEl agua residual urbana generada en los usos domsticos en edificacin en bloques de viviendas, secalcul como el 100% del volumen realmente registrado en uso domstico multivivienda, en las reasestudiadas.

    Este volumen semayor con el subcontaje propio calculado.

    Domstico UniviviendaSe calcul como el 73% del volumen realmente registrado en uso domstico univivienda, para cadarea en cuestin.

    El descuento del 27% correspondi a los usos de exterior tpicos de este tipo de viviendas, segn losdatos vertidos en la publicacin Cuaderno de I+D+i Microcomponentes y factores explicativos delconsumo domstico de agua en la Comunidad de Madrid4. La pertinencia en la aplicacin de esteporcentaje se ha comprobado con el panel monitorizado de consumidores domsticos activo en 2012.

    Este volumen semayor con el subcontaje propio calculado.

    4 Cuaderno de I+D+i n 4 Microcomponentes y factores explicativos del consumo domstico de aguaen la Comunidad de Madrid, Canal de Isabel II, Madrid 2008.

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    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin

    Uso Industrial

    Se calcul como el 90% del volumen realmente registrado en uso industrial, en cada rea en cuestin. Se asumi que el 100% de industrias son de uso de agua no consuntivo, esto es, que devuelven al sistema de saneamiento todo el volumen de agua recibida. Este volumen se mayor con el subcontaje propio calculado.

    Uso Comercial Se calcul como el 90% del volumen realmente registrado en uso comercial, en las reas en cuestin. Este volumen se mayor con el subcontaje propio calculado.

    Uso Institucional Se calcul como el 90% del volumen realmente registrado en uso institucional, en cada rea en cuestin. En particular en el municipio de Madrid se atendi especialmente a la no inclusin de usos de riegos municipales en esta categora (pues existe cierto solape de tarifas entre usos institucionales y riegos). Este volumen se mayor con el subcontaje propio calculado.

    Fraudes estimados Se ha considerado que los fraudes permanentes son de uso domstico, por lo que se calcul como el 100% del volumen estimado para el consumo de agua en conexiones fraudulentas, en cada rea analizada. La falta de precisin en la estimacin de este captulo hace estril el esfuerzo de discriminaciones mayores. El reparto del volumen total estimado de fraude en el consumo para la Comunidad de Madrid se reparti proporcionalmente a la superficie comprendida en cada rea en estudio.

    Purgas en la red de distribucin Se calcul como el 100% del volumen estimado para el consumo en purgas en las reas estudiadas. El clculo se basa en el conocimiento individualizado de las actuaciones de purga en la red de distribucin, a partir del registro en el sistema corporativo de avisos e incidencias de Canal de Isabel II Gestin. La georreferenciacin de estas actuaciones, y la inclusin de registro de datos temporales y de los elementos de desage empleados otorgan una fiabilidad alta al mtodo.

    Limpieza de nuevas tuberas e instalaciones Se calcul como el 100% del volumen calculado para el consumo en limpiezas, en las reas en cuestin. El clculo de este captulo se basa en la informacin de las obras realizadas en el periodo de estudio, tanto de instalacin de tubera nueva como de sustitucin de elementos existentes. La disponibilidad de esta informacin en el sistema de informacin geogrfico corporativo y el cumplimiento de las instrucciones tcnicas relativas a la limpieza y desinfeccin de tuberas, hace fiable este clculo.

    Usos en riegos controlados, y no controlados; otros usos, y prdidas reales Se asign el 0% del volumen registrado o calculado para el resto de consumos del agua suministrada. Con ello se descartaron para el clculo de agua residual urbana circulante los suministros de agua empleados en usos que no revierten en el alcantarillado.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin4

    Puesto que el registro de consumos reales se realiza mediante lecturas en contadores individuales que cuentan con un error inherente, los volmenes de agua con este origen (base de datos de lecturas individuales)semayoraronencadacasoconelSubconteopropiocalculadosegnlosconocimientosadquiridos en el Cuaderno I+D+i n8 Precisin de la medida.de los consumos individuales de agua en la Comunidad de Madrid.

    La frmula de clculo result de la suma de todos los factores anteriores, como se muestra:

    Q_Saneamiento = [Dmv(1+S)]Nm_Multiviviendas Multiviviendas

    +[Duv(1+S-EuvSEuv)]Nm_Univiviendas Univiviendas

    +[Di(1+S)]rea Industrias en suelos urbanos desarrollados

    +[Dc(1+S)]rea Comercios en suelos urbanos desarrollados

    +[Dy(1+S)]rea Usos institucionales en suelos urbanos desarrollados

    +[Fa+P+L]rea Estimacin de fraudes, purgas y limpiezas en suelos urbanos desarrollados

    Siendo los conceptos los definidos en la tabla 2. TABLA 2. CONCEPTOS DE LA FORMULACIN DEL NUEVO CRITERIO DE CLCULO. ESCENARIO DE CALIBRACIN

    Concepto Escenario actual de Calibracin

    Domstico Multivivienda [Dmv] Registrado Real

    Domstico Univivienda [Duv] Registrado Real

    Usos Exterior en Domstico Univivienda [Euv] 27%

    Subconteo [S] 10% (Aproximado, segn mbito y periodo)

    Uso Industrial [Di] 90% Registrado Real

    Uso Comercial [Dc] 90% Registrado Real

    Uso Institucional [Dy] 90% Registrado Real

    Estimacin de Fraudes [Fa] 100% Segn captulo del Balance Hidrulico

    Clculo o estimacin de Purgas [P] 100% Segn captulo del Balance Hidrulico

    Clculo o estimacin de Limpiezas de tuberas e instalaciones [L] 100% Segn captulo del Balance Hidrulico

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    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    Canal de Isabel II Gestin 41

    5.1.2. Verificacin con registros actuales en depuradoras

    Para verificar la adecuacin del criterio con los registros disponibles de las depuradoras, se realizaron las

    agrupaciones de los sectores correspondientes a cada cuenca de drenaje, segn los sistemas de

    saneamiento existentes. Se hubo de comprobar que se cumple para toda EDARude registro fiable enel periodo de anlisis:

    Rcu Du

    Siendo:

    Rcu Caudal Residual de Validacin calculada de los sectores que drenan en la EDARu

    Du Caudal de entrada en la EDARu

    La perfecta adaptacin del criterio propuesto a la diversidad de consumos, usos y estado del

    alcantarillado y colectores producira un acercamiento muy preciso al 100% en la relacin entre el

    caudal calculado y el realmente circulante.

    La suma de los resultados de agua residual de sectores para su contraste con medidas reales de

    depuracin dio lugar a una dispersin en los resultados con el 55% de las depuradoras con un ajuste

    muy bueno (entre el 90% y el 120%). Los valores resultantes ms repetidos se sitan en el 60% y el

    120%.

    La verificacin se muestra en la grfica de la figura 13, con las 11 depuradoras que tienen las

    combinaciones de la mxima fiabilidad (Grupo 1, caracterizadas 11 depuradoras; ver Anexo 9.1. Datos

    disponibles para el estudio).

    Para el grupo 2 de fiabilidad, de 14 depuradoras, el resultado muestra una dispersin parecida, excepto

    en los valores muy altos de la relacin. Se volvi a concentrar la mayor frecuencia de resultados entre el

    60% y el 120%, como se aprecia en el grfico de la figura 14.

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    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin4

    FIGURA 13. VERIFICACIN DE APLICABILIDAD DEL NUEVO CRITERIO PARA REGISTROS DE MXIMA FIABILIDAD

    FIGURA 14. VERIFICACIN DE APLICABILIDAD DEL NUEVO CRITERIO PARA REGISTROS DE ALTA FIABILIDAD

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

    80,0%

    90,0%

    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

    25,0%

    30,0%

    Residual Nuevo Criterio / Depurado Real

    Verificacin de la aplicabilidad del criterio propuesto: Relacin [Residual Nuevo Criterio ] / [Depurado Real]

    sobre unidades de consumo existentes, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

    80,0%

    90,0%

    100,0%

    0,0%

    5,0%

    10,0%

    15,0%

    20,0%

    25,0%

    30,0%

    Residual Nuevo Criterio / Depurado Real

    Verificacin de la aplicabilidad del criterio propuesto: Relacin [Residual Nuevo Criterio ] / [Depurado Real]

    sobre unidades de consumo existentes, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. EDAR Nm. EDAR Acumulado

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    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin4

    5.1.3. Valoracin del criterio sobre sectores de abastecimiento de forma aislada Se consider oportuno realizar adems una comprobacin de los resultados del clculo con el nuevo

    criterio del caudal residual sobre los sectores de abastecimiento con suministro controlado. En esta

    comprobacin se trat de analizar la proporcin resultante entre el caudal calculado de agua residual

    urbana y los caudales suministrados realmente medidos en cabeceras de sectores. Se trabaj como en

    el resto de aspectos abordados en este documento sobre los datos de meses de verano de 2012. El

    grupo de mbitos seleccionados para el anlisis se compuso con los sectores con fiabilidad alta.

    En todos los casos se esper un caudal residual calculado menor que el caudal suministrado de agua

    potable.

    Matemticamente:

    Rci < Ai

    Paratodosectoridesuministrofiableenelperiododeanlisis.

    Siendo:

    Rci Caudal ResidualUrbanoparaValidacincalculadoenelsectori

    Ai Suministrodeabastecimientoenelsectori

    Result que el 80% de los sectores estn por debajo de una relacin de 0,80 entre el caudal residual calculado con el criterio propuesto y el caudal suministrado realmente medido. El valor ms frecuente se sita en el 65%.

    La grfica de la figura 15 muestra, para los 208 sectores de ms fiabilidad, la relacin obtenida entre los caudales de aguas residuales calculadas con el criterio propuesto, y el caudal de suministro realmente medido.

    La dispersin resultante es mayor que la obtenida para el anlisis de depuradoras, no slo por el mayor nmero de casos de estudio, sino por el efecto de compensacin que los sectores ejercen entre s al agruparse en mbitos mayores (las cuencas de drenaje y depuracin).

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin

    FIGURA 15. VERIFICACIN DEL NUEVO CRITERIO SOBRE SECTORES DE MXIMA FIABILIDAD

    5.2. COMPARACIN DEL AJUSTE DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON EL NUEVO CRITERIO PROPUESTO Y CON EL CRITERIO TRADICIONAL Paradeterminarsiseestabalograndounamejoradelajusteconlosclculosrealizadosconelcriterio fijo tradicionalyconelnuevo criterio propuestoadaptadoparalacalibracincondatosactuales,se procedi a la comparacin simultnea del ajuste de ambos respecto al caudal residual realmente

    circulante medido en los sistemas de depuracin.

    Los resultados mostraron un mejor ajuste del nuevo criterio como mtodo de clculo para aguas

    residuales urbanas.

    El anlisis llevado a cabo se muestra grficamente mediante la curva de frecuencias acumuladas del

    nmero de depuradoras que resultan en cada intervalo de ajuste (% caudal calculado, respecto al

    realmente circulante). Ver figura 16. La curva presentada en color azul es una referencia grfica que

    representa la distribucin ideal en la que el caudal de aguas residuales sera igual al caudal depurado

    para todos los casos analizados.

    0%

    10%

    20%

    30%

    40%

    50%

    60%

    70%

    80%

    90%

    100%

    0%

    5%

    10%

    15%

    20%

    25%

    30%

    Residual Nuevo Criterio / Suministrado Real

    Verificacin en el nivel de Sector con suministro real en sectores fiables: Relacin [Residual Nuevo Criterio] / [Suministrado Real]

    sobre unidades de consumo existentes, periodo seco 2012

    Frecuencia de Repeticin Nm. Sectores Nm. Sectores Acumulado

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    Canal de Isabel II Gestin 45

    FIGURA 16. COMPARACIN NUEVO CRITERIO PROPUESTO VS. CRITERIO TRADICIONAL. EDAR

    Anlogamente, se realiz el anlisis del ajuste valorando cunto volumen se est depurando en los

    diferentes intervalos de ajuste entre caudales calculados y reales, en lugar de contabilizar el nmero de

    depuradoras que integran cada rango, se suman los caudales diarios de stas. Se comprob con esta

    presentacin de resultados que se mantiene la mejora aportada por la aplicacin del nuevo criterio. Se

    observa en la figura 17 que efectivamente, el nuevo criterio propuesto se acerca ms a la curva ideal

    que el criterio tradicional.

    0,0%

    25,0%

    50,0%

    75,0%

    100,0%

    Residual Urbana Nuevo Criterio Criterio tradicional / Depurada Real

    Comprobacin del Q residual urbano en 2012:Proporcin: Rc (residual_urbana calibracin CRITERIO) / Depurada_Real

    (en EDAR fiables Depuracin, y por precipitacin)

    Distribucin Ideal Criterio Tradicional Nuevo Criterio Propuesto

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin

    FIGURA 17. COMPARACIN NUEVO CRITERIO PROPUESTO VS. CRITERIO TRADICIONAL. CAUDAL

    RESIDUAL URBANO EN M3 PONDERADOS

    De forma desagregada, para la correcta apreciacin de la importancia de las mejoras aportadas por el

    nuevo criterio, se han representado en el grfico de dispersin de la figura 18, los datos del clculo de

    caudal de agua residual urbana con ambos criterios, frente a lo que realmente depura cada depuradora.

    Se pone de manifiesto, una vez ms, que el nuevo criterio propuesto se ajusta mejor que el criterio

    tradicional a la proporcin ideal entre el caudal depurado real y el resultante para la validacin con

    ambos criterios.

    0,0%

    25,0%

    50,0%

    75,0%

    100,0%

    Residual Urbana Nuevo Criterio Criterio tradicional / Depurada Real

    Comprobacin del Q residual urbano en 2012: Proporcin: Rc (residual_urbana calibracin CRITERIO) / Depurada_Real

    (en EDAR fiables Depuracin, y por precipitacin)

    Distribucin Ideal Criterio Tradicional Nuevo Criterio Propuesto

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Comprobacin de la validez del nuevo criterio

    CanaldeIsabelIIGestin

    FIGURA 18. NUEVO CRITERIO PROPUESTO Y TRADICIONAL FRENTE AL CAUDAL DEPURADO REAL

    Estos anlisis permiten concluir que con la definicin del nuevo criterio para el clculo de caudales

    residuales se ha dado un paso en la direccin adecuada, as como comprobar que an existe margen de

    mejora.

    Ajuste ptimo

    0

    2.000

    4.000

    6.000

    8.000

    10.000

    12.000

    14.000

    16.000

    18.000

    20.000

    0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000

    Caudal Depurado Real [m3/da]

    Ajuste de Nuevo Criterio Propuesto y Criterio Tradicional frente al Caudal Depurado Real

    Criterio Tradicional Nuevo Criterio Propuesto Lineal (Ajuste ptimo)

  • 6. Formulacin del nuevo criterio para el clculo de caudales de diseo

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Formulacin del nuevo criterio para el clculo de caudales de diseo

    Canal de Isabel II 49

    Habiendo dado por buena la validez mayor de la adecuacin a la realidad de dispersin de usos del aguadel nuevo criterio descrito, se acometi el diseo de una formulacin adecuada para el clculo decaudales de agua residual urbana orientado a las labores de planificacin y dimensionamiento deinfraestructuras. La formulacin buscada se plantea en trminos relativos a las variables empleadas enla planificacin y dimensionamiento de las infraestructuras de abastecimiento y distribucin. Esto quieredecir que la formulacin propuesta para la utilizacin del nuevo criterio en clculos de diseo desaneamientos se ha definido con la determinacin de los valores de los coeficientes de retornoapropiados a cada dotacin de abastecimiento empleada.

    Es importante sealar que los trabajos descritos en este documento apuntan al clculo del caudal mediodel da demximo consumo, y no entra en consideraciones de hora punta de diseo.

    La planificacin se basa, como se ha dicho, en la definicin de ciertos escenarios de trabajo, en los quenormalmente convivirn, para el horizonte y la escala espacial que corresponda en cada caso,propiedades asentadas sobre suelo ya desarrollado urbansticamente, y propiedades de nuevaimplantacin. La separacin en estas dos categoras tiene relevancia pues las dotaciones de diseo paracada propiedad suelen estar diferenciadas en las prcticas de dimensionamientos de abastecimientos, yse ha asumido el mantenimiento de esta prctica en el diseo de las infraestructuras de saneamiento ydepuracin.

    Las dotaciones que se han utilizado en este estudio han sido calculadas de acuerdo a la metodologa ysupuestos indicados en el informe Proyeccin de demanda en la Comunidad de Madrid a los horizontesde planificacin, revisin 15. Para el clculo de los caudales medios diarios de diseo de saneamiento, setendr en cuenta el coeficiente de caudal del da de mximo consumo, de igual manera que en lasinfraestructuras de abastecimiento.

    Para la planificacin y definicin de las infraestructuras de abastecimiento, se considera la siguientediferenciacin de usos del agua:

    Usos domsticos, en edificacinmultivivienda

    Usos domsticos, en edificacin univivienda

    Uso industrial, dotacional y terciario

    Zonas verdes

    Esta desagregacin coincide con las figuras de planeamiento urbano que ms adelante se emplearnpara la definicin de escenarios futuros.

    Cada uno de estos usos del agua potable cuenta con una dotacin actual individual de diseo parapropiedades que ya existen o podran existir de forma inminente (pues corresponden a suelo yadesarrollado urbansticamente).

    5 Proyeccin de demanda en la Comunidad de Madrid a los horizontes de planificacin, revisin 1.Canal de Isabel II, Subdireccin de Investigacin, Desarrollo e Innovacin,Madrid, diciembre 2008.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Formulacin del nuevo criterio para el clculo de caudales de diseo

    Canal de Isabel II Gestin 5

    La cuantificacin de estas dotaciones corresponde a resultados de trabajos estadsticos sobre consumos reales medidos en series largas en propiedades de la Comunidad de Madrid, a escala municipal para usos domsticos; y clasificados en 11 zonas significativas en las que se divide el territorio, para usos no domsticos. Estas dotaciones de abastecimiento representan el consumo que puede realizarse para el horizonte actual en condiciones de consumos mximos de diseo. El mtodo que aqu se describe identificaloscoeficientesderetornoadecuadosparatransformarestasdotacionesdeabastecimientoen los caudales individuales de diseo de agua residual urbana para propiedades existentes o de inminente implantacin en suelo desarrollado. Para el clculo de generacin de agua residual urbana en propiedades que existirn en el futuro, se parte de las dotaciones de abastecimiento definidas para esas propiedades en escenarios futuros, sobre las que se aplicaron los coeficientes de retorno propios de cada tipo de uso, modificados (respecto a los coeficientes para usos actuales) para adecuarse a las diferencias en la definicin de dichas dotaciones. En el caso de las dotaciones futuras, se descontaron en cada caso, las partes proporcionales correspondientes a fugas y otros destinos que no han de computar en el clculo de aguas residuales, pero que s se consideraron al definir las dotaciones de abastecimiento. Se propone entonces la implementacin de un nuevo mtodo de clculo para el caudal de agua residual urbana, basado en coeficientes de retorno diferenciados para cada tipo de uso de agua de abastecimiento y para cada situacin de consolidacin o planificacin de futuro del suelo urbano, segn se detalla en la tabla 3. TABLA 3. COEFICIENTES DE RETORNO PROPUESTOS SEGN TIPO DE USO Y SITUACIN DE CONSOLIDACIN

    Concepto Coeficiente de retorno para dotaciones de diseo

    Uso en suelo desarrollado Uso en planeamiento futuro

    Domstico Multivivienda 100% 95%

    Domstico Univivienda 73% 80%

    Uso Industrial, Dotacional y Terciario 90% 85,5%

    Resto de usos 0% 0%

    Estos valores porcentuales resultan del estudio hecho para el caso concreto de Canal de Isabel II Gestin, y dependen, tanto de la definicin de las dotaciones de diseo de abastecimiento, como de los componentes de los usos finales en cada tipo de uso. Para otros casos y mbitos de aplicacin, se debern adaptar los correspondientes coeficientes de retorno. La determinacin de los valores mostrados para los coeficientes de retorno se detalla en los siguientes apartados.

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Formulacin del nuevo criterio para el clculo de caudales de diseo

    Canal de Isabel II 51

    6.1. CRITERIO DE CLCULO DE CAUDALES DE DISEO SOBRE SUELO URBANODESARROLLADO

    El caudal medio diario de agua residual urbana generado en un rea se calcula atendiendo a los usosprevistos para el agua suministrada, mediante la consideracin de las dotaciones de cada tipo deconsumo de forma individual. As, el caudal de agua residual se compone de las devoluciones alalcantarillado del agua proveniente de usos domsticos univivienda, domsticos multivivienda, y usosen actividades industriales, dotacionales y terciarios. En cada uno de ellos se aplica el coeficiente deretorno propuesto sobre la correspondiente dotacin de abastecimiento.

    Las dotaciones disponibles para clculos en el mbito de la Comunidad de Madrid estn diferenciadaspara cada municipio en el caso de las dotaciones de usos domsticos (multivivienda y univivienda). Paralos usos industriales, dotacionales y terciarios las dotaciones estn definidas de forma diferenciada paraonce zonas socioeconmicas de la Comunidad de Madrid. En el clculo de las dotaciones domsticas seha tenido en cuenta la existencia de una cierta proporcin de viviendas secundarias, que se ha estimadoen el 50% de la diferencia entre las viviendas contempladas en el Planeamiento urbano, y el nmero deviviendas principales de la proyeccin oficial de hogares del Instituto Nacional de Estadstica.

    Estas dotaciones de abastecimiento, para propiedades en suelo ya desarrollado, fueron calculadasexplotando datos reales registrados de los meses de junio y julio en cierta serie significativa de aos.Para la obtencin del caudal de da mximo debern ser multiplicadas por un coeficiente de da mximo.Este coeficiente es funcin del nmero total de propiedades que coexisten en el mbito de estudio, yasea un sistema hidrulico local, un depsito de regulacin, etc., y representa el coeficiente desimultaneidad de las demandas: a mayor nmero de propiedades, menor coeficiente de da mximo(pues ms raramente se producir una demanda mxima global simultnea). La formulacin delcoeficiente de da mximo tambin responde al anlisis de datos reales sobre los sistemas deabastecimiento de sectores en la Comunidad de Madrid.

    Se proceder de igual modo para el caso del clculo de caudales de diseo para el dimensionamiento desaneamientos y depuradoras.

    6.1.1. Uso DomsticoMultivivienda

    En el caso de las dotaciones clasificadas en la categora suelo urbano desarrollado para uso domsticomultivivienda, el clculo incluir el 100% de las dotaciones de diseo de abastecimiento.

    Se correspondern con las dotaciones en el rea significativa en que se ubique la zona o sectorconsiderado.

    Estas dotaciones se entienden libres de mayoraciones por partes proporcionales de usos no controlados(fugas, fraudes, usos de operacin, etc.).

  • Un nuevo criterio para el clculo del caudal de agua residual urbana

    Formulacin del nuevo criterio para el clculo de caudales de diseo

    Canal de Isabel II Gestin

    6.1.2. Uso Domstico Univivienda En el caso de las dotaciones clasificadas bajo la categora suelo urbano desarrollado para uso domstico univivienda, el clculo incluir el 73% de las dotaciones de diseo de abastecimiento del sector en cuestin. Se correspondern con las dotaciones en el rea significativa en que se ubique la zona o sector considerado. En este caso, el descuento del 27% corresponde a los usos de exterior tpicos de este tipo de viviendas, segn los estudios realizados por Canal de Isabel II y publicados en el nmero 4 de la coleccin Cuadernos I+D+iMicrocomponentes y factores explicativos del consumo domstico de agua en la Comunidad de Madrid. Se ha verificado la congruencia de aplicacin de este porcentaje con el panel monitorizado de consumidores domsticos activo en 2012, confirmndose positivamente. Estas dotaciones se entienden libres de mayoraciones por partes proporcionales de usos no controlados (fugas, fraudes, usos de operacin, etc.). 6.1.3. Usos Industriales, Dotacionales y Terciarios En el criterio de clculo se contemplar el 90% de las dotac