2. Revisión De Literatura
2.1 Marco Teórico
2.1.1 Servicio Públicos
La definición de servicio público domiciliario puede variar de acuerdo con el concepto o experiencia del autor, sin embargo, se puede mencionar que se considera como servicio público todos los bienes tangibles e intangibles que reciben las personas en su residencia o lugar de trabajo para satisfacer necesidades básicas (Acuacar, 2022).
El servicio público domiciliario es entonces, aquel que reciben las personas en su domicilio o lugar de trabajo y sirven para satisfacer las necesidades básicas de bienestar y salubridad de la población, como los servicios de acueducto, alcantarillado, aseo, energía eléctrica, distribución de gas combustible, telefonía pública básica conmutada y la telefonía local móvil (Ley 142, 1994, artículo 1).
Las anteriores definiciones describen la importancia del enfoque el presente estudio, esto dado que detrás de la prestación de un servicio, existe una infraestructura que en el caso del agua potable son: redes, tanques, elementos de medición, etc.; cada uno con la posibilidad de ser representados como una entidad geográfica con atributos propios que, con seguridad, pueden ser alojados en la estructura de un Sistemas de Información Geográficos.
2.1.2 Regulación y Vigilancia De Servicios Públicos. Legislación.
La prestación de los servicios públicos está bajo la vigilancia de la Comisiones de Regulación y la inspección y control que sobre la prestación de estos servicios realiza la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios en Colombia.
El Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio del Gobierno de Colombia ha determinado la importancia y obligatoriedad de prestar los servicios de acueducto
y/o alcantarillado, mencionando las obligaciones de los prestadores y los usuarios que tendrán acceso al servicio público (Decreto 1077, 2015).
Ya se había comentado en párrafos anteriores que estos servicios públicos se diferencian de cualquier otro, porque su prestación se hace directamente en el domicilio o lugar de trabajo de las personas y va dirigido a satisfacer necesidades esenciales, lo que no pasa con otros servicios públicos como el de transporte y salud. Es por eso que se convierte en vital y de prestación obligatoria y continua.
2.1.3 SIG en el En La Gestión De Operación de Servicios Públicos.
El eje central del presente proyecto de investigación son los SIG, definidos como una herramienta informática capaz de gestionar y analizar la información georreferenciada, con vista a la resolución de problemas de base territorial y medioambiental (Santos, 2022).
Es por la razón anterior que una empresa, como Veolia, debe, dentro de su operación, tener claro en dónde se encuentran los elementos que utiliza para suministrar el servicio; redes, accesorios, elementos de red, taques, etc., y en dónde se encuentran los usuarios, son condiciones geográficas y atributivas relacionadas directamente con lo que es un SIG.
Existen muchas ventajas en la utilización de los SIG para la prestación de los servicios públicos, éstas se irán desarrollando en el contexto del presente proyecto de investigación, comprendiendo que deben estar encaminadas en la búsqueda de los soportes que validen la hipótesis y como único mecanismo, o por lo menos; el más coherente para la toma de decisiones que den a través del análisis de datos la mejora operativa del sector Norte de acueducto de la ciudad de Tunja.
La Empresa Colombiana Tecna Ice (TICE), en su página web (TICE, 2020), se refiere a los beneficios en varios aspectos. Se ha querido resaltar unos enfocados a lo que el proyecto pretende.
El primero: SIG para la gestión de activos; Los servicios SIG le permiten ver y clasificar la infraestructura y diferentes elementos que recorren un determinado territorio. Los mapas SIG tienen mucha más información vinculada a elementos atributivos en el caso de una empresa de servicios públicos de acueducto a la gestión patrimonial de la red y la capacidad de la misma son datos que deben ser consolidados durante el tiempo para garantizar que las condiciones operativas de la infraestructura se mantengan y puedan programarse los mantenimientos preventivos y predictivos de esta. Un segundo aspecto, es la toma decisiones mejor informadas, un mejor acceso a la información permite tomar decisiones más informadas.
La Información centralizada y organizada: Desaparecen grandes cajas de ordenes de trabajo impresas y diligenciadas a mano almacenadas en cuartos en donde la información queda alojada en el olvido. La información histórica y el monitoreo de variables importantes; es un recurso estratégico, el cual establece el norte a las decisiones que se deben tomar para optimizar un proceso.
Entonces, basados en estos aspectos y enfocados en el estudio de investigación, es interesante pensar que los procesos de modelación hidráulica, la toma de presiones de servicio sobre las redes de distribución de acueducto, los consumos promedios se convierten en activos fijos de las empresas cuando se integran a un SIG y a los análisis que, desde el punto de vista geográfico, pueden identificar con certeza en dónde se deben tomar decisiones, cuando existen desviaciones operativas, en el caso de la prestación del servicio de acueducto, en el área de estudio, etc.
Un aspecto definitivamente importante en la operación de los sistemas de acueducto es entender el funcionamiento del mismo a través de modelos hidráulicos que permiten, a través de un software, la utilización de información operativa y comercial, a fin de mostrar el comportamiento de los diferentes componentes de la red y obtener una visual de las condiciones en que se debe operar uno o varios sectores hidráulicos.
Esto en realidad ha venido ganando fuerza, más aún cuando se trata de integrar a los Sistemas de Información Geográfico que, de una manera dinámica, facilitan la corrida de las herramientas de los modelos utilizando la plataforma de información SIG, Martínez Solano (2002)., establece 4 argumentos del por qué aplicar los modelos: Cumplimiento de estándares de calidad de servicio, mejora de la eficiencia en la gestión del recurso agua, mejora de la eficiencia de la gestión económica y financiera y mejora de la eficiencia en la atención al usuario. Estos criterios, son necesarios y están soportados en la normatividad, específicamente en la Ley 142 de 1994, Ley de Servicios Públicos Domiciliarios, también por disposiciones del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio a través del Decreto 1077 de 2015.
En una empresa de servicios públicos, como Veolia que suministran agua potable a la comunidad, se vuelve importante la implementación de sistemas de información geográficos a fin de estructura base de datos espaciales con información de control operacional y comercial; existe la posibilidad de ver los comportamientos del sistema a través de modelos hidráulicos en donde se cargas demandas, consumos promedios, elevaciones de tubería, fluctuación de niveles de tanques de almacenamiento etc.
La utilización del SIG, como facilitador del flujo de información que migra a los softwares de modelación (EPANET, 2022); el estudio del estado del arte de la integración de modelos hidráulicos y de los SIG (Ortega Gonzaga, 2016)., es esencial a fin de optimizar los tiempos dedicados a ingresar datos en el software de modelación, entendiendo que los SIG ya tienen los atributos de la infraestructura de acueducto, topología, topografía y una red geométrica perfectamente caracterizada.
2.2 Marco Histórico
2.2.1 Empresas Prestadoras De Servicio Público En Tunja
Por los años 1990, la prestación de los servicios públicos de acueducto y alcantarillado en la ciudad de Tunja era muy deficiente, al punto que el alcalde en su momento y la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD) firmaron un acta de compromiso en el cual se contempla un programa de gestión de obligatorio cumplimiento y en la cual se estipulan acciones y plazos para buscar a mediano plazo una solución al problema de falta (Redacción El Tiempo, 1996).
2.2.2 Datos De Evolución Prestación Del Servicio 1996-2021 En Tunja.
Es importante ver las cifras de lo que es la evaluación en la prestación de los servicios públicos domiciliarios en la ciudad de Tunja desde 1996 al 2021. Esto más que buscar un reconocimiento al prestador, pretende generar un mayor compromiso con una comunidad cada vez más exigente en tener la disponibilidad de los recursos de manera continua y con la calidad.
Tabla 1. Evolución de suscriptores incorporados 1996-2021. servicio de Acueducto y alcantarillado. Fuente: Barrera (2022).
La tabla 1 refiere su contenido al crecimiento de usuarios desde el año 1996 al año 2022. Son datos muy importantes a fin de comenzar a interiorizar que este crecimiento debe requerir una mayor existencia de infraestructura de acueducto inventario de redes y de capacidad instalada de caudal para atender los nuevos usuarios del servicio (Barrera, 2022).
En la tabla 2, se presenta el agua producida versus el agua facturada asociada a la evolución de suscriptores año a año, esto como evidencia de los programas que la empresa ha implementado (Barrera, 2022).
Tabla 2. Evolución de agua producida, agua facturada e IANC. Fuente: Barrera (2022).
En la Gráfica No.1, se percibe visualmente, en las columnas azules; lo que representa el agua producida en la planta potabilizadora versus el agua ya facturada, columnas de color naranjas; dos variables importantes de control y medición para obtener el Porcentaje de agua perdida.
Gráfica 1. Relación de agua producida vs agua facturada 1996-2021 Fuente: Barrera (2022).
2.2.3 Desarrollo Urbano De La Ciudad
Dado el crecimiento de proyectos en Tunja, que se percibe con la construcción de nuevas urbanizaciones en su mayoría edificios, es importantes tener en cuenta que los estudios de abastecimiento y dotación de agua potable deben dirigir sus esfuerzos a las concentraciones de población proyectada que definitivamente requerirá de los servicios públicos que la empresa ofrece.
Durante los próximos 30 años, Tunja va a presentar una mayor transformación. La expansión para el año 2035 será 2,9 veces mayor que la de 2005, equivalente a 5.045,03 Ha, y la construcción será 2,5 veces más grande, lo cual hará que Tunja supere los límites actuales y que exija el diseño de políticas apropiadas de control y consolidación urbana (Rincón Castellanos, 2011).
Gráfica 2. Tendencia dinámica de expansión urbana 1997-2035. Fuente: Rincón Castellanos (2011).
En la gráfica 2, se aprecia la proyección de expansión urbana, hacia los años 2025 y 2035 donde se observa que definitivamente el sector norte de la ciudad es el de preferencia para ser habitado. En consecuencia, es importante garantizar en los próximos años el servicio para este sector, que corresponde al área de estudio del presente proyecto de Tesis.
En cuanto al ordenamiento territorial y población, es preciso citar el trabajo realizado por Gualdrón, Reyes y Villate (2020) en el artículo: “Identificación de zonas potencialmente urbanizables en la ciudad de Tunja (Colombia) por medio de Sistemas de Información Geográfica y evaluación Multicriterio”, aquí se percibe las grandes posibilidades de urbanizar los predios baldíos de la zona Norte, encontrándose sin restricciones de uso de suelo, idoneidad y en consecuencia potencialmente urbanizables, sumando el hecho que la característica de esta zona es la construcción de propiedad horizontal, es decir; densidades de población altas y en consecuencia se debe tener disponibilidad de agua potable.
2.2.4 Caso 1 Tunja, Colombia: Empresa Veolia Aguas de Tunja.
Para el caso de estudio, la empresa Veolia Aguas de Tunja, realiza procesos de modelación de redes, que le permiten generar proyectos de optimización hidráulica los cuales están alineados al objetivo del presente documento.
Los resultados del modelo arrojan información por ejemplo del plano piezométrico y el cumplimiento de los indicadores de continuidad del servicio. Para este propósito, desde la gerencia de operaciones, se han vinculado estudiantes de pregrado y posgrado de universidades locales y nacionales, para realizar diferentes análisis; en el resultado de proyectos como análisis de la Modelación Hidráulica del Sector 2 (Rodríguez, 2013), se puede evidenciar que se requiere de información SIG, para facilitar la carga de la información al modelo.
Adicionalmente, la empresa ha venido instalando data loggers para el monitoreo y registro de datos en tiempo real de la presión del servicio en cada uno de los sectores hidráulicos y además realiza el control de los niveles de tanques.
2.2.6 Caso 2 Municipalidad de Surquillo, Perú: Empresa Sedapal.
Surquillo se encuentra en Perú y hace parte del departamento de Lima, con una extensión de 500 Ha y una elevación de 100 msnm sus coordenadas Geográficas Latitud: 12° 7' 7'' Sur, Longitud: 77° 1' 18'' Oeste, conformada por los 43 distritos, habitan 3,822.9 personas por kilómetro cuadrado (Surquillo, 2022).
La Empresa Sedapal es la encargada de la prestación de los servicios de agua potable y alcantarillado. Es una empresa estatal de derecho privado íntegramente de propiedad del Estado. Los pobladores de los 54 sectores de abastecimiento no contaban con un servicio continuo de agua potable las 24 horas del día, generando malestar en la población afectada. Esto entre otras cosas por no contar con la manera de realizar el monitoreo de presiones. En el video de YouTube (Cárdenas,
2018), se describe, de manera ejemplarizante, el proceso de optimización de presiones en la ciudad de Lima, Perú.
2.2.7 Caso 3 Guayaquil, Ecuador.
Guayaquil es la capital de la Provincia del Guayas, en Ecuador. De acuerdo a la cantidad de población, es la ciudad más poblada de Ecuador por encima de Quito, con 2.7 millones de habitantes (Redacción Primicias, 2023). Es el principal centro económico, de recursos culturales y financieros de la costa ecuatoriana. Se encuentra ubicada en la costa del Océano Pacífico
La ciudad se divide en 74 sectores. La ciudad de Guayaquil se extiende por 347 km² de superficie, de los cuales 316 km², equivalentes al 91,9% del total, pertenecen a la tierra firme (suelo); mientras que los restantes 29 km², equivalentes al 8,1%, pertenecen a los cuerpos de agua que comprenden ríos y esteros.
Interagua es la empresa de servicios públicos destinada a la prestación de los servicios de acueducto y alcantarillado en la ciudad de Guayaquil, Ecuador, atendiendo a más de 540.542 suscriptores con una población de 2.600.000 habitantes (INEC, 2020).
Dentro de su inventario general, la infraestructura de acueducto cuenta con 3 plantas potabilizadoras, una producción de 405.55 millones de m3/año, 64 estaciones de bombeo, y con 64 puntos de medición de presión paracontrol (García, 2016).
En cuanto a un aspecto importante en la evaluación, que como en el caso de Tunja; se ha trabajado en Guayaquil es la evolución de la medición de índice de agua no contabilizada (IANC), de acuerdo a los programas de rastreo de fugas, conexiones fraudulentas y micro y macromedición (Interagua, 2019).
2.2.8 Caso 4 Montería Córdoba, Colombia.
Montería es la capital del departamento de Córdoba. Está ubicada al norte del país y hace parte del Caribe colombiano, se encuentra a orillas del río Sinú . Es considerada la capital ganadera de Colombia; abarca una superficie de 3,141 km² una elevación: 18 msnm y una Población: 490,935 (García 2018).
Tal vez unas de las ciudades que ha sufrido una transformación significativa en cuanto al crecimiento de usuarios es Montería, en el año 2000 tenía 30.000 suscriptores para el servicio de acueducto y 19 años después contaba con 113.000. (Veolia 2020).
Al inicio de la operación por parte de Veolia, se encontraron unos indicadores técnicos muy preocupantes: 70% de pérdidas en agua, una cantidad de ilegalidad en las conexiones del servicio de acueducto, no se tenían programas de normalización de presiones y una cantidad de redes obsoletas en materiales como Asbesto Cemento (García, 2020).
2.3 Marco Metodológico
2.3.1 Implementación de Acciones. Empresa Sedepal.
Con su programa “optimización de presiones para mejorar el servicio para mejorar la continuidad del servicio de agua potable”.
La empresa Sedapal, entendiendo la problemática de la no continuidad en la prestación del servicio de agua potable; comenzó a analizar y buscar nuevos desarrollos tecnológicos implementando procesos dedicados a la gestión de presionesde la red de agua potable con el desarrollo de un sistema de gestión digital dando importancia notable a la gestión y análisis de datos.
Las presiones son monitoreadas y controladas en tiempo real a través de un equipo electrónico con un chip de captura de información conectado enviando a un servidor en la nube pudiendo así monitorear el sistema y tener controladas las presiones y garantizando la continuidad del servicio. Estos equipos son los data loggers (Cárdenas, 2018).
2.3.2. Implementación de acciones, Empresa Interagua. Guayaquil, Ecuador:
De acuerdo con las exigencias del contrato de concesión se planteó la evolución de reducción de pérdidas y presiones de servicio de la siguiente manera:
2001: IANC= 79.6%; Presión Mínima = 8 mca Zona Norte; 5 mca Zona Centro y Sur
2006: IANC = 71.7%; Presión Mínima = 15 mca Zona Norte; 10 mca Zona Centro y Sur
2009 ACCIONES: PLAN CÓNDOR Rehabilitación de redes + SCADA + Gestión de presiones + Control Activo de fugas. Actividades:
2011: IANC = 60.9%. Presión Mínima = 15 mca Zona Norte; 10 mca Zona Centro y Sur
2016: Presión Mínima = 15 mca Zona Norte; 10 mca Zona Centro y Sur. Metas
Técnicas: Rehabilitación de 700 km de red de distribución (60 Km/año). Gestión de presiones sobre el 65% de conexiones de servicio, Eliminación de doble red Reemplazo de medidores, Meta Pérdidas de agua año 2031 = 45.0% (García, 2016).
En la Gráfica 3 se puede apreciar en línea de color rojo la disminución significativa de las pérdidas de agua 23% en 18 años, contrastado, el volumen de oferta de producción de agua potable, las acciones implementadas cada vez, permiten que el propósito de reducción vaya siendo óptimo desde el punto de vista ambiental, económico y social.
Gráfica 3. Evolución del IANC en Guayaquil. Fuente: García (2019).
Figura 1. Estrategia sistematizada para reducción de pérdidas en Guayaquil.
Fuente: García (2019).
La figura 1, esquematiza las estrategias sistematizadas lógicas, cada una con la posibilidad de realizar toma de dato y en consecuencia análisis de información par toma de decisiones y obtención de los resultados esperados.
2.3.4 Caso 4. Implementación de Acciones.
Uno de los conceptos claros que la empresa prestadora del servicio de acueducto en Montería debía tener claro es el estado de las redes. Por consiguiente y con este diagnóstico, la empresa construyó en 19 años un total de 566 km, mejoró las presiones de servicio pasando de 5 a 11.6 metros columna de agua y de 6 a 24 horas de servicio (García, 2018).
Finalmente, y con estos cambios; logró obtener una reducción significativa de 34.3% en la reducción de pérdidas, pasando de 70% a 35.7% (Veolia, 2020).
Estas reducciones claramente se logran con inversión; se habilitaron de 4 plantas potabilizadoras; es decir capacidad instalada es suficiente, 37 puntos de medición de presión de servicio, 54 puntos de muestreo de calidad de agua, traducido a aumentar en las coberturas de servicio y el porcentaje de micro medición, llegando a un 99.4% del total de los suscriptores (García, 2018).
Figura 2. Acciones tomadas para mejorar la prestación del servicio. Fuente: García (2018).
La figura 2 muestra una similitud de acciones implementadas en la ciudad de Montería, con respecto a la ciudad de Guayaquil; así como también, la posibilidad de establecer bases de datos espaciales para implementar posibilidades de mejoras en el sistema con el análisis de datos.
2.3.5 Integración SIG-Modelos Hidráulicos
Como parte fundamental de la obtención de información para desarrollar en el presente proyecto, se encuentra la referida a la integración SIG-software de
modelación. La utilización de WaterGems, de la casa Bentley.inc (Gutiérrez, 2020), permite la utilización de herramientas de interoperabilidad y conectividad con ArcGIS. Así, es importante y necesario plantear la estructuración de bases de datos espaciales de la infraestructura existente, en este caso de acueducto a fin de ser cargada a los softwares de modelación y convertir los datos en fuente de información de planificación, gestión, mantenimiento y desarrollo (Ortega Gonzaga, 2016). Esto refuerza el concepto que los SIG permiten la toma de decisiones basada en información real en tiempos cortos y con un impacto importante y eficaz en la operación óptima de los sistemas de acueducto.
2.3.6 SIG Como Herramienta de Análisis de Información
La utilización del resultado del análisis de información, generado desde WaterGems como software de calibración de los modelos hidráulicos, que ya en su esencia tiene incorporado una estructura SIG, a través de la generación de shapefile con atributos que utiliza como elementos de entrada; es utilizada como herramienta importante en el análisis espacial.
Es importante resaltar que los procesos de captura de datos en terreno se han convertido en una herramienta eficaz para la operación, pero igual de importante es la analítica de datos que permite dar la importancia al histórico de la información.
Un ejemplo son los puntos de medición de presiones de servicio, estos pueden procesarse a través de herramientas SIG, como los hot spots o puntos calientes (Brunce, 2020) que permiten visualizar y analizar las tendencias para encontrar los sectores y horas en las cuales el comportamiento no es el deseado; y en el momento oportuno, realizar las intervenciones que permitan mejorar una condición óptima de prestación del servicio.
3.1 Área de Estudio
3. Metodología
3.1.1 Descripción General Del Municipio De Tunja
Mapa 1. Localización de Departamento de Boyacá y la ciudad de Tunja en Colombia
En el mapa 1, se muestra a Tunja, capital del Departamento de Boyacá, geográficamente ubicada en coordenadas decimales 5.5353°Norte 73.3678° Oeste, en el centro de Colombia. El Municipio de Tunja tiene un área territorial de 121.5 km², dividido en el área rural 101.14 km² y el área urbana 20.36 km², con una población de 172,548 habitantes, según el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE, 2020).
3.1.2
Localización Del Área De Estudio Dentro Del Municipio De Tunja
El área de estudio hace parte del sector Norte de la ciudad de Tunja y comprende 11 divisiones que han sido estudiadas de acuerdo a las características de la red e instrumentación sobre la misma
Tabla 3. Sectores Hidráulicos, barrios y suscriptores Zona Norte. Fuente: Barrera (2022).
La tabla 3 sintetiza tres aspectos importantes del área de estudio; la primera columna identifica el número de sector hidráulico conjuntamente con el nombre establecido por la empresa, la segunda columna, más amplia; describe los diferentes barrios que hacen parte de éstos y la tercera y última columna, cuantifica la cantidad de suscriptores matriculados.
La definición legal de suscriptor se encuentra como: “Persona natural o jurídica con la cual se ha celebrado un contrato de condiciones uniformes de servicios públicos”.
Ley 142 de 1994 Artículo 14. Definiciones. Julio de 1994. A fin de establecer una población atendida, dentro del informe de gestión 2022, la empresa estableció un factor de 3 habitantes por suscriptor atendió (Barrera, 2022) es decir para un total de 27.758 que suman los 11 sectores del Área de estudio se tendría una población atendida de 83.274 habitantes.
Geográficamente, el perímetro urbano de la ciudad de Tunja tiene una extensión de 2086.62 Ha, (Decreto 016, 2014). De ese valor el área de estudio ocupa 1113.50 Ha; 53.36% del área total.
En el mapa No.1, se realiza una salida gráfica del perímetro urbano de la ciudad de Tunja, y la incorporación de los 11 sectores hidráulicos unificados mediante la herramienta Geoprocessing/Dissolve.
En color rojo perímetro achurado, se identifica el área de estudio y en color negro el perímetro urbano que corresponde al área de prestación de servicio de la empresa Veolia (Molano, 1996).
El mapa 2 muestra las divisiones poligonales de la sectorización hidráulica, en el área de estudio, áreas determinadas a través de consideraciones hidráulicas de instrumentación que permiten la independización en el suministro de cada una de ellas. El mapa 3, en puntos rojos, representa la ubicación de los suscriptores dentro de cada uno de los sectores. Este resultado de un catastro que permite tener una relación directa entre la macromedición de cada sector versus la suma de los micromedidores de cada suscriptor a fin de tener control operativo en el registro de pérdidas de agua potable.
Mapa 2. Localización del área de estudio en la ciudad de Tunja.
Mapa 3. Distribución de Sectores Hidráulicos.
4. Localización de suscriptores Zona Norte.
Mapa
La tabla 4 realiza una compilación de los suscriptores del sector norte, clasificados de acuerdo al uso registrado en las bases de datos comerciales.
Tabla 4. Características de uso de suscriptores Sector Norte. Fuente: Barrera (2022).
En un resumen general, se observa que en un porcentaje mayoritario; el 91.62% del uso del agua es residencial. Este dato es importante dada la connotación social que tiene suspender el servicio, más aún si el aspecto es operativo por parte del prestador del servicio, convirtiéndose en un incumplimiento contractual (Molano.1996).
Algo importante que se ha trabajado desde el presente proyecto de investigación es la posibilidad de que la empresa comience a realizar salidas graficas de los datos, no solo a partir de cuadros estadísticos, sino de mapas en donde se represente geográficamente el compartimento de muchas variables de índole comercial, operativo de planeación etc.
En la tabla No.3, se describía un aspecto de división política de la ciudad referida a los barrios. Además de ser un componente importante para Tunja, es un tema estratégico para la empresa al tener la posibilidad de interactuar con los líderes o representante de los barrios. El Mapa 4 establece los polígonos de conformación de los barrios asociados a los límites de los sectores hidráulicos.
Se obtuvo acceso a los datos de división de barrios en formato shapefile gracias a la Alcaldía de Tunja, para integrar los mapas del presente estudio de investigación, con
el mapa “Reglamentación de Barrios y Veredas” de la ciudad de Tunja (Guadrón y Torres, 2022).
Figura 3. Distribución de Barrio en la ciudad de Tunja. Fuente de Datos: Gualdrón y Torres (2022).
La figura 3 muestra datos de límites de barrios, veredas, coberturas, población; lo que permite tener una visión importante de los problemas que se generan cuando se suspende el servicio por causas operativas planteadas en las preguntas de investigación y consolidada en la hipótesis. Así las cosas, contando con la información exportable de esta herramienta y utilizando el shapefile de barrios cruzados con la zona de estudio, se puede determinar los barrios que hacen parte del área que se consolida a continuación (Gualdrón y Torres, 2022).
Mapa 5. Barrios asociados a los sectores Hidráulicos.
3.2 Flujograma Metodología
Figura 4. Flujograma descripción metodología del Proyecto.
La figura 4 esquematiza, a través de un flujograma, las etapas consideradas metodológicamente para realizar el proyecto. Dado que éste se direcciona en su contexto general a una situación particular de condición operacional de un sistema de acueducto, se considera importante nutrirse de antecedentes en el manejo de información de otras empresas que han utilizado los datos como fuentes importantes para la toma de decisiones importantes en la solución de problemas comparando variables que tienen una relación directa.
Ahora bien, la figura 5 muestra en detalle las actividades propias de la etapa 1 contempla la investigación de antecedentes del tema propuesto, la definición de los objetivos conjuntamente con el alcance y el establecimiento del área de estudio. Esta etapa finaliza con la recopilación de información dentro de la empresa y la toma de datos para procesamiento y análisis.
Figura 5. Flujograma Metodología Proyecto de Investigación. Etapa 1.
Para la segunda etapa (figura 6), se propone la generación de un polígono que represente el área de estudio. Esta área se obtiene a través de Arcgispro con los archivos shapefile que representan cada sector hidráulico que hace parte de la zona norte de Tunja y utilizando la herramienta Geoprocessing/Dissolve. Una vez ejecutada la herramienta, es importante buscar la manera en que se tienen alojados los datos a través de la filegeodabase y específicamente al Dataset de la infraestructura de acueducto en el Sistema de Información Geográfica de Veolia.
Algo importante de entender es cómo funciona el sistema de abastecimiento de agua potable del sector Norte de la ciudad de Tunja, por tal razón es importante revisar los datos del software de modelación hidráulica (WaterGems) y su relación con el SIG, y saber si otros softwares procesan información que se pueda tomar para hacerlo parte de la validación de la hipótesis.
Figura 6. Flujograma Metodología Proyecto de Investigación. Etapa 2.
La etapa final (figura 7) plantea la posibilidad de encontrar salidas externas como la generación de mapas resultado de las consideraciones de datos para la obtención de resultados que permitan tener una información depurada sólida en donde la interpretación o lectura de las presiones de servicio versus nivel del taque San Rafael, pueda entregar las herramientas de validación de la hipótesis.
Figura 7. Flujograma Metodología Proyecto de Investigación. Etapa 3.
3.3 Justificación De La Metodología
Para dar cumplimiento al objetivo general y los específicos planteados en el proyecto de investigación, se ha estructurado una metodología de estructura lógica y congruente. Esto garantiza la consolidación de datos y el entendimiento del funcionamiento de la operación de abastecimiento de agua potable en el sector norte de la ciudad de Tunja.
Adicionalmente, es importante que, a través de la interacción de los datos, especialmente de presiones del servicio y niveles del tanque, se tengan los argumentos sólidos para plantear y dar respuesta a las preguntas de investigación y en consecuencia a la validación de la hipótesis.
Es importante desde el punto de vista metodológico, retroalimentar el presente proyecto con casos similares que han utilizado herramientas de medición y generación de datos para tomar decisiones certeras desde el punto de vista de reducción de pérdidas.
Así, se despliegan dos puntos de vista que son complemento: uno el normal funcionamiento operativo, conociendo los componentes variables que intervienen en un proceso de distribución de agua potable y el otro asociado a los datos y mediciones consolidándolos en un ambiente SIG, que permitan desplegar soluciones en sitios y tiempos en donde se amerite.
3.3.1 Justificación De La Metodología. Punto De Vista Operativo
Existen aspectos operativos que sin lugar a duda hacen que la metodología ocupe un espacio en función de los componentes des sistema, así se podrá con base a este punto de vista, tener un criterio robusto de las condiciones que pueden afectar la prestación del servicio en condiciones no deseadas de funcionamiento de los diferentes componentes:
La figura 8 muestra a través de colores los diferentes niveles del tanque San Rafael; los azules intensos el nivel mínimo de llenado, el azul claro el nivel del estudio que corresponde a 1 metro de altura; hasta llegar al color rojo en el máximo nivel. La capacidad del tanque es de 3600 m3. Si se presenta la situación de que la altura se encuentre en 1 metro, como se planteó en la hipótesis sólo podría almacenar el 18% es decir 648 m3
Figura 8. Tanque san Rafael, niveles capacidad, entradas y salidas.
Otro aspecto operativo importante tiene que ver con la presión de servicio, y ésta ingresa como un aspecto importante dentro del control operativo del sistema dada su importancia de cumplimiento legal y, por ende, el cumplimiento obligatorio de acuerdo con los requerimientos establecidas en contrato de concesión 132 de 1996 y Resolución 0330 -2017.
En la figura 9, se hace un ejercicio de altimetría comparando el nivel del terreno como punto de partida y la elevación a que debe llegar la presión de la red de distribución.
Figura 9. Comparación de Presiones con relación a la altura de un edificio.
Así es como se quiere resaltar que, dentro de la metodología, se debe incluir la recopilación de la información referente a los componentes operativos que interactúan y que hacen parte del planteamiento de la hipótesis.
3.3.2 Justificación De La Metodología. Punto De Vista SIG
Para el presente proyecto de investigación, es imprescindible que los datos puedan tener un aspecto relevante dentro del contexto del proyecto de investigación. La medición de tres de las variables que tienen un peso importante dentro del planteamiento de los objetivos tiene un sistema de medición y se recopilan:
1. El consumo de agua potable: medido en metros cubios (m3) de los suscriptores a partir de medidores de caudal cuya información se toma en algunas ocasiones por lectura remota y en la mayoría por recorrido de personal de la Empresa, ingresando a software open-Smart Flex, que utiliza dicha información en su gran mayoría para el proceso de facturación (Openintl, 2022).
2. Los niveles de almacenamiento de los tanques: medido en metros, consiste en medir la altura del nivel en que se encuentra en agua almacenada mediante sensores de nivel que funcionan mediante un transmisor de presión sumergido en el agua Esta presión generada se convierte en una señal eléctrica que emite la altura de llenado al tanque hacia un software que para este caso se llama IDbox (idBOX.2022)
3. Como se veía en los casos de éxito de algunas otras empresas, tal vez uno de los componentes que pueden estudiarse en diferentes entornos a fin de reducir pérdidas de agua potable; es el monitoreo constante de las presiones de servicio. Este dato es muy importante y se mide en PSI (libras por pulgada cuadrada) y la lucha constante de las empresas es por manejar unas presiones ideales que permitan cumplir con los mínimos para bastecimiento y que permitan no romper las uniones de las tuberías en horas de bajos consumos.
Estas tres variables, como es la intensión de esta parte de la metodología, se pueden convertir en no solamente datos planos, sino en unidades de información geográfica, dado que cada uno de ellos tiene asociado una ubicación que será utilizada para los fines geográficos e identificación de tendencias de este proyecto de investigación.
Finalmente, no siendo una variable sino un recurso que se busca obtener dentro de la información de la empresa es una base de datos espacial en donde se encuentren los diferentes componentes del sistema desde el punto de vista comercial y operativo.
Figura 10. Flujo de información a SIG.
La figura 10 esquematiza por qué se justifica adentrarnos en la inclusión de la metodología de búsqueda de datos y asociarlos a la filegeodatabase empresarial.
Esto aclararía de una manera eficiente los flujos de información que deberían tener los funcionarios que toman decisiones y corregir las desviaciones de una manera oportuna, además lo que se trata es que se realicen los análisis de información histórica del comportamiento del sistema para que los proyectos de mejora continua, tengan cimiento en datos reales y geográficos para definir en dónde se debe construir soluciones que reduzcan las posibilidades de llegar a condiciones no deseables en el manejo operativo en este caso de suministro de agua potable al sector norte de la ciudad
3.4
Descripción De La Metodología
Es importante, en esta etapa de descripción de la metodología, valorar que la información recopilada hace parte de un SIG, con datos almacenados en una file geodatabase, los cuales se seleccionaron a partir de la delimitación geográfica del área de estudio que coincide con el sector Norte de abastecimiento de la ciudad de
Tunja. Aunque la información alojada en la filegeodabase describe al detalle muchos componentes que hacen parte de la infraestructura de acueducto, se seleccionó cuatro dataset que son relevantes para el estudio:
1) Línea de acueducto: Importante definir la capacidad de la red en función del volumen que trasporta.
2) Tanque: Estructura cerrada que almacena un volumen de agua, en este caso el denominado San Rafael.
3) Equipos de medición de presiones. Llamados loggers de presión, instalados a la entrada de un sector a fin de monitorear la presión en el tiempo.
4) Los usuarios del sistema, los cuales se ven afectados en los casos en dónde la infraestructura no puede responder a los consumos que se requieren o que son demandados por las habitantes.
Se puede, en un ambiente SIG, asociar estos datos a partir de los que se traen desde la filegeodatabase y los que se han capturado desde terreno; uno la presión con el software, I2Owater y el otro el monitoreo de presiones a través de IDbox, a través del envío de información en tiempo real de este parámetro desde el tanque al centro de control y monitoreo
En muchas ocasiones de operación es normal que se presenten situaciones críticas de abastecimiento, y luego de poder normaliza la prestación del servicio, no se toman los datos para analizar que presentó el problema y que podrá mitigarlo en próximas ocasiones. Esta situación fue la que el presente proyecto tomó y quiso estudiar utilizando la interacción de datos reales y revisando que la empresa opera muchas veces con el sentido común y los datos se dejan almacenados, por tal razón había que conducir la investigación en otra dirección (Cortes e Iglesias,2004).
4. Resultados, Análisis de resultados
4.1. Resultados
4.1.1. Establecimiento del Área de estudio.
Figura 11. Establecimiento del área de estudio.
La Figura 11 describe el proceso que se llevó a cabo para que, geográficamente, pudiese establecer el área de trabajo para el proyecto de investigación utilizando los sectores hidráulicos y mediante un geoproccesing con dissolve generar un polígono que representa los límites, este se convierte en el primer resultado utilizando herramienta de Arcgispro.
4.1.2. Resultados de la recopilación de información primaria.
A través de la recopilación de información se determinaron los siguientes datos con origen en el área comercial y operativa de la Empresa:
Suscriptores del Sistema Área Norte: 27.758 unidades
Área de estudio: 1,113.50 Ha
Longitud de redes de distribución utilizadas en el sector: 158.31 Km
Dentro de la información que se encontró en la etapa de recopilación, se identifican datos importantes generados a partir de dos softwares; uno que corresponde al nivel del tanque San Rafael y el otro del monitoreo de presiones de servicio en los diferentes sectores hidráulicos del área de estudio.
4.1.2. Resultados información de Niveles de Tanque San Rafael. Software IDBOX
Lo primero es mencionar que IDbox, es una plataforma adquirida por la Empresa Veolia Aguas de Tunja para realizar el monitoreo de información de niveles de tanques a través de la captura de señales. Todos los datos recopilados se visualizan en tiempo real (IDbox R.T, 2020).
Para esto, se han exportado las gráficas de datos correspondientes a los niveles del tanque de almacenamiento San Rafael desde el software IDbox, a fin de establecer: cuándo y por qué se presentan niveles por debajo de 1 metro y comparar, en idénticos períodos de tiempo, la presión en los diferentes sectores de la Zona Norte.
En este caso, se ha analizado información de 8 meses de monitoreo del tanque (enero a agosto 2022). A fin de identificar el nivel del tanque = 1 metro, se ha colocado una línea (color rojo) sobre esta condición en la figura 12.
Figura 12. Niveles de tanque San Rafael.
4.1.3. Resultados Datos Presiones de servicio Sector Norte. Software I2O Water.
A fin de recopilar información referente al valor de las presiones de los sectores, monitoreados con instrumentos de medición a través del software I2O Water (i2O Muller brand, 2022), se puede acceder a los datos a través de gráficas y/o mapas de localización como se muestra en la figura 13. Se documentan dos de los diez sectores, sin embargo, es importante mencionar que todos los sectores tienen datos de presiones.
Figura 13. Localización Geográfica del punto de instalación logger para el Sector 1. PATIM0999.
Figura 14. Presiones de servicio Sector 1.
Figura 15. Presiones de servicio Sector 2.
En las figuras 14 y 15, se aprecian dos ejemplos de la visualización de los datos en una gráfica generada por I2OWater, en cuyo eje X se aprecia el tiempo y en el Y la presión, a findes de entendimiento se ha trazado una línea de color rojo en el corte de la abscisa 15 m.
4.1.4. Resultados Levantamiento de información de tanque San Rafael
Si bien se tiene conocimiento por parte de la Empresa de las dimensiones del tanque por parte de los fontaneros, no existía un levantamiento topográfico del mismo en dónde se detallen algunas características que son importantes para el funcionamiento del tanque. En la figura 16 se muestran: vista lateral y frontal con cotas sobre el nivel del mar.
Figura 16. Detalle dimensiones Tanque San Rafael. Vista Lateral y Frontal.
En la figura 17 se puede ver una vista de planta del tanque San Rafel, con su dimensionamiento topográfico.
Figura 17. Detalle dimensiones Tanque San Rafael. Vista Planta.
4.1.5 Resultado De Revisión Estructura File Geodatabase Empresarial
Figura 18. Estructura de Base de datos espacial.
De acuerdo con el permiso otorgado por parte Veolia, el acceso se realiza a través de una SDE (Servicio de Desarrollo Empresarial), en dónde se encuentran alojados los servicios de datos de la FGDB (Filegeodatabase) Corporativa Veolia. En la figura 18 se ha capturado una imagen de la arquitectura de cada uno de los elementos contemplados que hacen parte de la operación de los sistemas de acueducto y alcantarillado de la ciudad de Tunja, incluyendo los usuarios suscritos ante la Empresa.
4.1.6 Resultado del Cálculo de la Geometría Tanque San Rafael y Cálculo de Volumen de Almacenamiento
El Tanque San Rafael es una estructura rectangular en concreto reforzado con las siguientes dimensiones:
L = largo = 41.2m, a = ancho = 15.74m h = altura = 5.57m.
Como se mostró en la figura, el tanque San Rafael tiene características de un paralelepípedo, en consecuencia, para calcular su volumen se utiliza la siguiente formula:
V = L * a * h
V = 41.2m * 15.74m * 5.57m
V = 3.612,07 m3 .
En la formulación de la hipótesis se describía la posibilidad de tener un caso particular, y era que por diversas circunstancias de la operación; el Tanque San Rafael solía reportar niveles de altura de 1 metro o inferiores.
Para tener una idea del volumen que está dentro del tanque en las condiciones planteadas en la hipótesis, se calcula el volumen con h= 1.0m.
V = L * a * h
V = 41.2m * 15.74m * 1.0m
V = 648.48 m3 .
Es decir, solo disponible el 17.95% de su capacidad disponible total.
Revisando la figura 17, es posible evidenciar que el tanque San Rafael, solo tiene una entrada de tubería en 16 pulgadas y dos salidas para los 11 sectores, es decir; el tanque se comporta como un compensador de agua que se requiere para mantener abastecido los suscriptores de la zona norte de la ciudad, una caída en el nivel por condiciones operativas como rotura de la red de entrada ocasiona desabastecimiento de una manera rápida y precisamente el nivel crítico es 1 metro o menos.
4.1.7 Resultados Características de la Red de Acueducto Sector Norte
El Sector Norte, cuenta con el siguiente inventario de redes calificadas de acuerdo con la resolución SUI SSPD-20101300048765 Articulo 2.4.2.33 Formato. Redes de Acueducto en redes de Aducción, conducción, matrices y menores o distribución (SUI, 2022).
Tabla 5. Relación de redes de acueducto sector Norte por uso y diámetro 2022. Longitud en metros.
En la table 5, se muestra estadísticamente la longitud de redes existente en la zona norte. Una longitud de 158.307,01 metros de redes de acueducto en diferentes diámetros para garantizar el suministro a todos los suscriptores del área de estudio.
Adicionalmente se han colocado las redes de acueducto clasificadas como principales: Aducción: Agua que proviene de los pozos profundos. Conducción, desde el tratamiento al tanque, en este caso San Rafael, Matrices, desde el tanque San Rafael a los sectores hidráulicos y Red Menor o de distribución, aquellas a las cuales se le realiza la conexión a cada suscriptor.
En el mapa 6, se han localizado geográficamente las redes numeradas en la tabla 6.
Mapa 6. Localización Sectores Hidráulicos Redes Principales.
4.1.8 Resultados cálculo Volumen en red de acueducto y almacenamiento suscriptores.
Dos elementos adicionales que deben tenerse en cuenta como características técnicas de la operación son: el volumen de red y capacidad de almacenamiento aéreo o subterráneo de los predios con servicio.
El primero se calcula de la siguiente forma:
Siendo la tubería en u totalidad cilíndrica, utilizamos la fórmula de cálculo de volumen de un cilindro con base a la longitud y el diámetro o radio de la red Cálculo de volumen de red sector norte.
V = Volumen de la red de suministro para el sector Norte, bien sea, conducción, matriz y distribución.
π = constante= relación entre la longitud de la circunferencia y su diámetro.
r: radio de la circunferencia del tubo
h = longitud de la red, para este caso de un diámetro específico.
Se obtiene los siguientes resultados:
Tabla 6. Resultados cálculo de volúmenes de red Sector norte.
La tabla 6 muestra el cálculo de volumen de las redes del sector norte, este dato es importante dado que si la red se desocupa no sólo hay que recuperar el tanque sino 1,167.83 m3, lo cual incrementará en el caso de quedar sin servicio el tiempo para restablecer el suministro a los usuarios del sistema.
El otro aspecto que debe ser considerado es el almacenamiento que hacen los usuarios en tanques aéreos y/o subterráneos De acuerdo a entrevista realizada a la Ingeniera Johana Beltrán, Gerente Operaciones Veolia Aguas de Tunja manifiesta que: “Se calcula que el almacenamiento de los 30 mil suscriptores atendidos está proyectado en 0.05 m3 por suscriptor es decir= 1500 m3
Figura 19. Imagen barrio típico sector 9. Almacenamiento en tanques aéreos de las viviendas.
En la figura 19, se puede mostrar una imagen típica de un barrio con tanques de almacenamiento aéreo, volumen que; como se mencionó anteriormente es importante para el balance de agua necesaria en un sector determinado.
Estos dos volúmenes son importantes considerarlos, para proyectar los tiempos de reanudación de servicios cundo el tanque se desocupa o tiene problemas de nivel, como los planteados en la hipótesis.
4.1.9 Resultados Datos Índice de Agua No Contabilizada (IANC) Sector Norte
Figura 20. Tablero de Control en Data Studio. Índice de Agua no Contabilizada
La Figura 20 corresponde a la configuración de un tablero de control, construido a partir de la información reportada por el área comercial en Datastudio (aplicación de Google), respecto a la medición de los micromedidores de los suscriptores existentes en cada sector y las lecturas de macromedición para el mismo sector, en un mismo periodo de tiempo. La diferencia entre etas dos lecturas arrojan el Índice de Agua no contabilizada.
El cálculo se realiza para cada sector a fin de determinar aquellos que requieren más atención e inversión en los aspectos como fugas perceptibles y no perceptibles, conexiones no autorizadas y deficiencia en la micromedición.
Este factor de pérdidas es uno de los elementos que a medida que es más descendiente, muestra la eficiencia operativa de una empresa, hay que entender que si se tiene un índice de pérdidas del 20% representa que, de cada 100 litros, se pierden 20 litros. Por consiguiente, es otro aspecto a tener en cuenta cuando se trata de recuperar un sector que ha sido suspendido.
De otro lado, dentro de la consolidación de información se debe tener en cuenta que existe información recolectada y puesta en servicio en varios softwares de los cuales no necesariamente se tiene acceso a los funcionarios que pueden aportar en la solución en un problema; intégralos mejoraría la intensión de integralidad y control operacional de los datos que hacen parte del funcionamiento de la distribución de agua potable.
4.2 Análisis de la información
Con base a los resultados de la información recopilada, se pueden asociar varios datos que desde la misma definición del área de estudio establecen un alcance geográfico que facilita extraer los datos que tienen que ver con la prestación del servicio en el sector de interés.
4.2.1. Análisis de información Geodatabase
En la búsqueda de información que represente geográficamente los diferentes componentes de la operación de acueducto, se consulta la estructura conformada de información alojada en una base de datos espacial corporativa utilizando Arcgispro (ESRI) como software de manejo de la misma. Se describe en la Tabla 7.
Tabla
Descripción
DATASET Entidad Geográfica
BD_Aguas_Tunja_ US-
AGUAS_TUNJA_Tu _Acueducto_Activo
BD_Aguas_Tunja_ US-
AGUAS_TUNJA_Tu _Acueducto_Pasiv o
BD_Aguas_Tunja_U S-
AGUAS_TUNJA_Tu _Alcantarillado_Pasi vo
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wAcc esorio
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wEstr ucturaControl
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wEstr ucturaRed
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wHidr ante
Línea
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wLin eaAcueducto
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wValv ulaSistema
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A
GUAS_TUNJA.Tu_wInst rumentoMedicion
Codos, cruz, reducción, tapón, Tee, Unión, brida
Val: cheque, Control de Bomba, Control de flujo, control de nivel, Filtro, purga, reductora de presión. reguladora de presión, sostenedora de presión, ventosa.
Bocatoma, Desarenador, Embalse, estación de bombeo, Pozo profundo, Presa, Sistema de Potabilización, Tanque.
Hidrante
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_alcSu midero
Redes: Aducción, conducción, matriz, menores. diámetro, material, longitud, sector hidráulico al que pertenecen.
Compuerta ascendente, No ascendente, Cono, Globo, Mariposa.
Medidor Electromagnético, Logger, Manómetro, Medidor mecánico, Punto de Presión Fijo, Medidor Ultrasónico.
Sumideros
BD_Aguas_Tunja_ USPolígono
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Barrios
Límite de los barrios definidos por la Alcaldía de Tunja
AGUAS_TUNJA_Tu _Informacion_Usua rios_PAT
Polígono
Línea
BD_Aguas_Tunja_ US-
AGUAS_TUNJA_Tu _Informacion_Límit es_Hidráulicos
Punto
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_Base _Urbana_
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_Malla _Vial
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_Usua rios
Polígono
Polígono
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_alcCu encas
BD_Aguas_Tunja.US_A GUAS_TUNJA.Tu_wSec torizacion
Polígonos prediales
Dirección de las vías
Ubicación georreferenciada de los usuarios atendidos por la Empresa, a partir del código predial de la Base urbana
Límite poligonal de los distritos de agua residual
Límite poligonal de los sectores hidráulicos
A partir de la estructura anteriormente presentada en la Tabla 5, es posible plantear la posibilidad de conectividad entre lo que se requiere de los datos asociados al funcionamiento de la red de acueducto y su infraestructura.
En términos generales, realizando el análisis de la información existen dos feature class; como tanques y puntos fijos de presión; estos dentro de sus atributos tiene un identificador único llamado “IDSIG”. Este mismo término se encuentra en los softwares; I2OWater, IDbox y WaterGems, lo que permite intuir que todos los datos no importan el software en donde se encuentren, pueden ser asociados en un SIG, a fin de presentarlos, analizarlos y colocarlos en un tablero de control para monitoria sus cambios.
4.2.2. Análisis de información Índice de Agua No Contabilizada
Se ha visto que la consideración realizada al Índice de Agua no contabilizada es un factor relévate para establecer los mecanismos que se requieren a fin de minimizar el porcentaje.
Es importante, y dentro de las ventajas de tener los datos alojados dentro de un SIG, visualizar mediante mapas los resultados, la figura 20 muestra un tablero de control estadístico de datos que representan las pérdidas por sector hidráulico, y es muy informativo, pero si representamos estos valores directamente a través de los polígonos que se han construido para delimitar los sectores hidráulicos, es más fácil entender y enfocar los esfuerzos a trabajar en esos sectores que presentan un porcentaje de pérdidas más alto y que indicen sin duda en la recuperación de un sector cuando se presentan las condiciones presentadas en la hipótesis.
De una manera geográfica, en el mapa 7 y utilizando los datos recopilados por la empresa, se puede representar por extrusión en ArcScene, los valores correspondientes al índice de agua no contabilizada por sector.
Fácilmente, se puede identificar que el sector 5 con un IANC del 29%, es el que requiere la toma de decisiones operativas y comerciales en cuanto a la reducción de pérdidas.
Mapa 7. Sectores Hidráulicos Zona Norte elaborados en ArcScene con porcentaje de ANC.
4.2.3. Análisis de Datos Presiones Sector Norte.
Para tener un efecto comparativo de las consecuencias de niveles bajos del tanque, se consulta también, pero de manera independiente, las presiones de servicios a través del software I2O WATER, como ejemplo se colocan 2 sectores.
Para entender si la hipótesis, en el aspecto operativo, es consecuente con lo planteado, se consultaron los registros de presión en los sectores Norte y dentro de los sectores en distintos puntos geográficos en dónde se encuentran instalados de manera permanente equipos medidores de presión (loggers). En el caso del presente documento y a fin de no extenderse, sólo se han seleccionado tres sectores, 1,11 y 5; pero desde el análisis se puede percibir que para los mismos periodos de tiempo en que el tanque presentó niveles por debajo de 1 metro; se presentaron bajas presiones.
En las figuras 21, 22 y 23, se representa de manera gráfica con datos procesados en el software I2Owater, líneas tipo cardiograma de color azul variación de presión en un día y hora determinada para los sectores 1,5 y11. Por parte del autor se ha señalado una condición de presión en: 15 metros columna de agua (línea horizontal de color rojo), esta consideración es de tipo legal y de obligatorio cumplimiento para el caso de las empresas prestadoras de agua potable, mencionada como la presión mínima de servicio establecida dentro del reglamento técnico de Agua Potable y Saneamiento Básico expedida por el Ministerio de Vivienda, ciudad y territorio (Resolución 03302017).
Igualmente se señalan los periodos de tiempo evaluados (recuadros verdes), con niveles inferiores a 1 del tanque San Rafael, pero en este caso para la visualización de presiones.
Figura 21. Variación de niveles de presión sector 1.
Figura 22. Variación de niveles de presión sector 11.
Figura 23. Variación de niveles de presión sector 5.
4.2.7 Análisis de Información Componente: SIG
En la Tabla 8, se describió de manera detallada dentro de la recopilación de la información SIG, la arquitectura y estructura de la base de datos espacial que tiene definida la empresa Veolia Aguas de Tunja, esto se convierte en una fortaleza, la cual se debe tener en cuenta para la solución del planteamiento de la hipótesis en lo que tiene que ver con el componente SIG.
Una vez descritos las variables que ingresan como protagonistas de la actividad operativa y viendo que existe información de diferentes entornos, es preciso en este punto, identificarlos claramente para ver su potencial de direccionamiento hacia elementos de datos que puedan ser utilizados dentro de la construcción del tablero de control que se realizará integrando información ya existente dentro del SIG y la de otros softwares que procesan información. En la tabla 8, se identifican cuáles son:
Tabla 8. Identificación de software, datos y tipo de dato a procesar.
Software
I2Owater
IDbox
ArcGIS
ArcGIS
ArcGIS
Dato
Presión servicio
Niveles tanques
Diámetro Red
Longitud de Red
Tipo de dato
Double
Double
Double
Double
suscriptor texto
Data Studio IANC Texto
Open Smartflex
Consumos usuarios texto
Se puede inferir que el propósito SIG, planteado en la Hipótesis, sea realizable si se integra información de los softwares I2O Water e IDbox, a un Dashboard de ArcGIS
En el análisis realizado a los softwares que reciben información de presiones y niveles se ha identificado la posibilidad de exportar la información de los datos a archivos CSV (valores separados por coma), como se aprecia en la Figura 24.
Figura 24. Modelo de exportación de datos I2Owater.
Obteniendo tablas con datos de fecha-hora con presión de servicio en el caso de I2Owater y fecha -hora con nivel del tanque, para IDbox.
4.2.3 Análisis de Información existente en publicaciones Portal Veolia ArcGIS
Dentro del objetivo específico 1.3.2, se plateó como factor importante el “análisis de datos de presión y visualizar los cambios...”, esto enfocado a una variable: la presión de servicio, que, sin lugar a dudas, tendrá una mayor relevancia, siempre y cuando el comportamiento de la misma, pueda ser visualizado en un tablero de control a través de las aplicaciones ArcGIS. La información puesta en servicios de quienes pueden analizar el comportamiento de las variables, sin lugar a dudas contribuye a la toma de decisiones con base a datos reales y al conocimiento de quienes pueden tener acceso a ésta.
Es así que a partir de la integración entre WaterGems (software de modelación hidráulica para acueducto), se ha trabajado en las publicaciones de algunos features alojados en la filegeodatabase de los diferentes sectores hidráulicos, los Feature Dataset que contienen las Feature Class de la estructura del sistema de acueducto y con las herramientas propias de modelación del producto Bentley inc., WaterGems (Rodríguez, 2013).
Mediante ArcGIS Web AppBuilder, como se muestra en la figura 25, se crean aplicaciones web con un conjunto completo de funciones, que permiten tener la oportunidad de ingresar a cada uno de los sectores hidráulicos ya consolidados con la información actualizada del modelo. Esto deja a disposición la información para ser consulta, analizada y tenida en cuenta para las decisiones de mejora operativa de un sector.
En la Figura 26, se muestra un Dashboard con los datos organizados y transformados en gráficas estadísticas del comportamiento de los diferentes ítems resultado del modelo exportados como tablas, y conectados a través del identificador asignado a cada elemento en el SIG.
La Figura 27 desarrolla el detalle de un acceso a otra aplicación: Data Studio de Google, a fin de no recargar el Dashboard, pero si, de visualizar otra información de la red a manera estadística.
25. Acceso creado mediante aplicación ArcGIS para seleccionar el sector de interés. Fuente de datos. Fuente de datos. ArcGIS Portal
Figura
por el modelo hidráulico. Fuente de datos. ArcGIS Portal
Figura 26. Dashboard de Veolia, con los datos arrojados
Figura 27. Integración de herramienta Data Studio de Google al Operation Dashboard de ArcGIS. ArcGIS online Portal
4.2.4 Análisis de Información a Través de la Generación de Salidas
Gráficas
Ahora bien, ya se ha hablado de la generación de información de presiones a partir de puntos de presión (logger de presión fijos) con transmisión remota los cuales alimentan la base de datos del software I2O Water, pero para el caso de la modelación se realizan campañas de medición de presiones a fin que sea un elemento de entrada para calibrar el modelo hidráulico.
En el procesamiento de información de la toma de presiones en 24 horas, WaterGems, genera curvas de presión que indican las variaciones por cada hora. Este insumo se ha tomado también para mostrar lo que puede lograr las herramientas SIG a fin de entender los efectos de la presión del agua medida en metros columna de agua.
En los capítulos anteriores se ha venido presentando las salidas gráficas (mapas 1,2,3,4,5 y 6), esto como un insumo importante de la muestra de resultados de procesamiento de información SIG.
Para que el presente proyecto entregue resultados de este aspecto enfocado a una actividad importante, se ha seleccionado los datos obtenidos por el resultado del software de modelación.
Primero, se han exportado a shapefile, desde WaterGems, las curvas de presión del sector 1 a las 7:00 a.m. Esas condiciones se han expuesto en una salida gráfica representada en el mapa 8., además, se observa con claridad el efecto de las variaciones de presión en el entorno de cobertura de un sector, mapa creado en ArcGIS Pro. En la figura 28, se ha realizado una captura de pantalla a fin de visualizar los Labels que se activan respecto al valor de las curvas en metros columna de agua.
Mapa 8. Curvas de Presión sector hidráulico 3, hora 7 a.m.
Figura 28. Detalle de Labels de curvas de presión activado en ArcGIS pro.
4.2.5 Análisis de Información a Través de Visualización de Información 3D
Otras de las tantas ventajas de tener información en SIG, es la construcción de Modelos Digitales de terreno (MDT). Esta construcción permite entre otras cosas poder entender las acciones de la presión del agua comparada con el terreno.
Para poder entender, se ha tomado la información de las curvas de presión arrojadas por el modelo hidráulico cuyas unidades, cómo se ha indicado es metros columna de agua, a fin de construir las curvas como una superficie y visualizar el efecto sobre un MDT. El Mapa 9 permite visualizar la construcción de un archivo TIN, que básicamente representa la topografía de la superficie.
Por otro lado, y dado que se solicitó curvas de nivel de terreno a la empresa, la cual no estaba disponible, se realizó un procedimiento interesante de construir un MDT de la zona Norte de Tunja a través del software GPS Visualizer, creando un archivo GPX, partiendo de un kmz desde Google Earth. Figura 29.
Mapa 9. TiN generado en ArcGIS pro, de las curvas de presión, Sector 1.
Figura 29. Captura de información de elevaciones en Google Earth.
A partir del archivo kmz, y a través del software GPS Visualizer, se genera un archivo .GPX, el cual será utilizado como insumo en ArcGIS pro, en la construcción del DTM, como se muestra en la figura 30.
Figura 30. Procesamiento de Kmz, para obtener archivo gpx, apoyado por el software “GPS Visualizer”.
Mapa 10. ArcGIS pro; creación de TIN terreno
Mapa 11. DTM Sector 3 comparado con curvas de presión Sector 3 a las 7 a.m.
El resultado de la generación del TiN en Arcgispro, se puede registrar en la salida gráfica Mapa 10.
En el mapa 11, se presenta el resultado de la creación del DTM Sector 3 comparado con curvas de presión Sector 3 a las 7 a.m.
4.2.6 Análisis de Posibilidad de Integración de información en Dashboard
Se habló del aspecto más importante que, desde el punto de vista SIG, se menciona en la hipótesis, tiene que ver con la integración de la información desde un mismo visor geográfico independientemente desde provenga, bien sea desde el WaterGems, ID Box o I2Owater, que como se había mencionado anteriormente, tienen datos importantes para el control operacional del sistema de abastecimiento de agua potable en el sector de estudio, pero en general en toda la ciudad.
Lograr direccionar esta integración es posible a través de un Dashboard operation, muy similar al que se presentó en la figura 26, adicionando a través de publicación de las url de los softwares que contienen la información.
4.3 Interpretación de resultados.
En los primeros dos numerales de este capítulo de han presentado y realizado un análisis de los resultados, acá se realiza una interpretación de los resultados desde el punto de vista del planteamiento de las preguntas de investigación.
La primera pregunta esta formulada bajo la premisa de la afirmación de que el Sector Norte de la ciudad de Tunja no puede ser abastecida cunado se presenta una condición operativa: nivel del tanque 1 metro.
Se ve en la toma de datos de presión cuando se presentaba la condición de nivel bajo del tanque, que la presión disminuye significativamente, esto unido a otras variables como es la única entrada al tanque que no le permite recuperarse de una
manera más rápida, la cantidad de volumen de red que hay que llenar para que llegue agua a las viviendas, el volumen de almacenamiento existente en las construcciones del sector y las pérdidas de agua; hacen que en varios periodos de tiempo no sea posible dar continuidad a la prestación del servicio y que recuperar el nivel del tanque deba hacerse muy lentamente.
La segunda pregunta, está relacionada a las condiciones operativas en la que el tanque llega a niveles bajos, esta repuesta está sustentada en la posibilidad de interrupción de la fuente de abastecimiento de agua superficial por daño en la red y en consecuencia la existencia de solo una tubería que ingresa hacia el tanque,
Y la tercera pregunta: que se refiere a través de un SIG, contener información de los datos técnicos de la infraestructura de acueducto y presentarlos de una manera eficiente para tomar decisiones de intervención del sistema, es prácticamente la filosofía de un SIG en servicios públicos y lo vemos en todos los capítulos.
Tener información detallada de las condiciones técnicas de la red con su diámetro y material hasta el ingreso de datos de control del sistema; todos son datos que están ligados a la misma infraestructura y que se ha logrado con base a una identificación de cada elemento que conforma el catastro, un elemento importante que se ha denominado IDSIG, el cual es la cedula de cada estructura y que se ha tomado para mediciones de presión, identificación de tanques etc.
Por consiguiente, si es muy importante que el monitoreo del control operativo de distribución de agua potable se realice a través de los resultados y análisis que facilitan la toma de decisiones, dado que estos datos son reales.
Esta interpretación de resultados, como se mencionó, pretende dar respuesta a las preguntas de investigación dese el punto de vista de poder tener los suficientes datos de calidad para proponer soluciones a las condiciones planteadas, pero utilizando las variables encontradas con la dinámica de modelos de datos SIG.
5. Conclusiones y Recomendaciones
5.1 Conclusiones
Con base al recorrido que el estudio de investigación planteaba, se han adelantado acciones a través de constantes reuniones especialmente con el área operativa en donde se evidencia el interés por darle valor a los datos obtenidos y transformarlos a través del análisis, en una herramienta de toma de decisiones efectivas en cuanto la operación del servicio de acueducto.
El contar con datos transformados y convertidos en información hace la diferencia para no enfocar los esfuerzos en buscar soluciones transitorias, como es el caso de la capacidad hidráulica de la única red que llenaba el tanque San Rafael.
Es importante resaltar que la empresa ha realizado importantes inversiones en sistemas de monitoreo, especialmente en lo que se refiere al control de presiones en los sectores hidráulicos y niveles de los tanques utilizando tecnología que permite, en tiempo real; identificar datos de estas dos variables; es importante consolidad la información en un solo entorno o tablero de control.
En cuanto a los logros obtenidos, por el trabajo de investigación, se considera como primera medida la concientización en los actores del proceso de suministro y abastecimiento de agua potable, en la utilización de los datos; no sólo como una colección de los mismos sino una oportunidad de conocer el comportamiento real de la operación a través de muchas variables, que siendo procesadas a través de las herramientas SIG, permitirán acertar en la toma de decisiones.
Adicionalmente se pudo transmitir un mensaje que no debe ser privilegio de pocos la visualización e interacción de los datos, sino el involucramiento de varias áreas y de los mismos inspectores de acueducto que mostraron gran interés en ser parte del proyecto de integración de la transformación digital que se viene dando en la empresa.
Se logró como parte del entendimiento de la problemática de las condiciones de operar el tanque san Rafael en condiciones de bajo nivel, la entrada en marcha de la construcción de una nueva línea que apoye el llenado del tanque a partir de agua de pozo profundo.
El Sector Norte de la ciudad de Tunja presenta en ocasiones condiciones operativas indeseables, esto principalmente a que en horas de alto consumo y sobre todo a la incapacidad hidráulica de la red que actualmente se encarga del llenado del tanque san Rafael de mantener un almacenamiento que garantice el suministro al sector norte de la ciudad de Tunja. Este problema se acentúa aún más en el momento que es necesario suspender el suministro al tanque por la rotura de esta red de conducción, por lo tanto, 1 metro de nivel de altura, es decir 650 m3, no son suficientes para poder garantizar la continuidad del servicio sin tener una alternativa adicional de llenado del tanque.
La implementación de soluciones SIG, se convierta en una herramienta de monitoreo constante a través de datos que puedan advertir las anomalías de funcionamiento de cualquier componente que intervenga en la prestación del servicio, en este caso para el sector Norte: Monitoreo de nivel del tanque, de llenado de tanque, de consumos a través de salidas medidas por macro medidores etc. En realidad, existe una oportunidad muy grande de tener en un tablero de control la información que permita a quien corresponda la toma de decisiones oportunas para mitigar el impacto que representa para la Empresa, pero principalmente para la comunidad la suspensión del servicio.
La hipótesis formulada para el trabajo de tesis “A través de la visualización de la información de niveles de tanque vs presiones de servicio, en aplicaciones SIG, se pueden tomar acciones oportunas y evidenciar de manera clara que, en la condición operativa de capacidad del Tanque San Rafael, cuando su nivel de llenado es 1 metro o inferior”; existe problemas de continuidad de servicio.
Se requiere ampliar la capacidad hidráulica de la red que abastece el tanque dado que ésta transporta 110 litros por segundo y la demanda a en horas pico supera los 130 litros.
Buscar otra nueva fuente de abastecimiento para suplir la baja capacidad hidráulica de la red actual y los constantes fallos de funcionamiento de los pozos profundos.
La empresa Veolia Aguas de Tunja S.A. E.S.P debe integrar los datos capturados a través del software I2Owater. IDBOX, Data Studio, e integrarlos a través del SIG, a fin de tener un consolidado de información en tableros de control, que permitan tener una lectura clara y en tiempo real de la operación del sistema de acueducto.
Para la empresa, es importante controlar los parámetros de control como: Presiones de servicio, continuidad y calidad de agua, con las herramientas que en tiempo real le permitan identificar desviaciones para la toma de decisiones oportunas; adicionalmente que puedan ser accesibles al grupo de ingeniería que puede aportar en las optimizaciones operacionales del Sistema.
La hipótesis formulada es validada en función de la comparación de datos entre niveles del tanque y presiones de servicio, es decir existe una relación directamente proporcional entre la disminución del nivel del tanque y las bajas presiones de servicio.
Es importante utilizar los datos de las presiones medidas continuamente a través de los puntos fijos de presión en las modelaciones hidráulicas a través del software WaterGems. Esto permite tener una visión más detallada y consolidada de históricos de datos que muy seguramente darán una visual más acertada de lo que pasa o puede pasar en un sector operativo, así mismo; los proceso de la empresa de intercambiar información a través de los SIG, como por ejemplo Desarrollo, control Urbano y Banco de proyectos; dado que estos tiene información SIG de las expansiones de las nuevas construcciones y expansiones de redes futuras; es decir manejar un Modelo actual y predictivo de cada sector operativo.
5.2 Recomendaciones
Es importante que se tengan sistemas de monitoreo de alertas tempranas, que permitan la toma de decisiones prontas y la gestión de recursos internos para ser invertidos en donde se requiera a fin de mantener la prestación del servicio con los requerimientos exigidos, así pues, se pudo percibir algunas acciones de mejora o recomendaciones que se describirán a continuación:
1. Establecer los protocolos de manejo de situaciones críticas de nivel de Tanque San Rafael que mitiguen la posibilidad de llegar a niveles bajos que conlleven a la disminución de presiones en el sector Norte, principalmente en los usuarios más distantes, a través de alarmas que puedan confrontar los consumos con la cantidad de caudal disponible.
2. Integrar en un mismo tablero de control, los datos provenientes de los diferentes softwares de captura de información de control operativo del sistema de abastecimiento a fin de poder relacionarlas con la estructura de la filegeodatabase con el objetivo de realizar los análisis que conduzcan a minimizar loe eventos de desabastecimiento en el sector Norte.
3. Los datos son muy importantes, pero las personas aún más; necesariamente mediante la experticia en el manejo de las herramientas SIG, se potencializará aún más la toma de decisiones acertadas con base a la analítica de esos datos.
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