Selección de Tecnología y Análisis de Costos en Sistemas de Potabilización de Agua

Alberto Galvis C.Instituto Cinara, Universidad del Valle

1996 -2001

Agua y Saneamiento Agua y Saneamiento -- Cifras GlobalesCifras Globales(Global Report, 2000)(Global Report, 2000)

Item Abastecimiento de Agua Saneamiento

Global 82% 76%

Urbano 90% 86%

Rural 58% 44%

Agua y Saneamiento en América Agua y Saneamiento en América LatinaLatina

(Global Report, 2000)(Global Report, 2000)

Sin Agua Potable 92 Millones

Sin Alcantarillado 128 Millones

0102030405060708090

100

%co

ber

tura

América Latina y El Caribe.América Latina y El Caribe.Coberturas en Abastecimiento de Agua Coberturas en Abastecimiento de Agua

(Global Report, 2000)(Global Report, 2000)

ResumenResumen

•Selección de Tecnología

•Criterio de Sostenibilidad

•Tratamiento de agua para consumo humano

•Localidades entre 500 y 30.000 habitantes

•Caudales entre 1 y 120 l/s

•Calculo de costos

•Comparación con base en VNP

•Validación

Colombia. Distribución poblacional en 1993Colombia. Distribución poblacional en 1993Población de influencia del Modelo de Selección de Población de influencia del Modelo de Selección de

TecnologíaTecnología(valores en millones de habitantes)(valores en millones de habitantes)

Cabeceras municipalesmenos de 30000 habitantes

5.2’ (14.4%)

Áreas urbano marginalessin acceso a agua potable

3.1’ (8.6%)Zona rural10.5’ (29.2%)

Áreas urbanas mayores de 30000 habitantes

con acceso a agua potable17.2’ (47.8%)

Distribución de la Población en la Región Andina, 1997

Población urbana: 71.2%Población rural: 28.8%

8.8 11.40

20.4022.30

37.00

05

10152025303540

Millones de Habitantes

Bolivia Ecuador Venezuela Perú ColombiaPaísTotal Rural

4.05 5.70

1.84

6.69

10.500

Colombia. Cobertura GeneralColombia. Cobertura GeneralAgua de Buena Calidad Agua de Buena Calidad (MinSalud, 1997)(MinSalud, 1997)

< 2.500

CoberturaPoblación

< 2.500 - 10.000

50.000 - 100.00010.000 - 50.000

100.000 - 500.000> 500.000

9.617.531.054.064.8100

Colombia. Plantas de tratamiento de cabeceras municipalescondiciones de funcionamiento

(Mindesarrollo, 1997).

Con63060% Sin

42040%

Cobertura

Cuántos municipiostienen planta de tratamiento ?

Si44070%

No19030%

Operación

Las plantas funcionan ?

Mal31070%

Bien13030%

Funcionamiento

Como funcionan ?

Río Cauca

A su paso por la ciudad de Cali

Modelo de Selección de TecnologíaModelo de Selección de TecnologíaAlternativas tecnológicas consideradasAlternativas tecnológicas consideradas

Coagulación

Filtracióngruesa

dinámica

Filtración gruesa en gravas

Filtraciónlenta en arenadescendente

Aireación

FloculaciónFloculación

Coagulación Coagulación

SedimentaciónSedimentación

Filtraciónrápida

descendente

Filtraciónrápida

descendente

Filtraciónrápida

descendente

Filtracióngruesa

en gravas

Filtraciónrápida

descendente

AGUA CRUDA

Desinfección terminalcloro gaseosohipoclorito de calciohipoclorito de sodio

CICLOCICLOCOMPLETO Y COMPLETO Y

PLANTASPLANTASCOMPACTASCOMPACTAS

FILTRACIÓN FILTRACIÓN DIRECTADIRECTA

FILTRACIÓN EN FILTRACIÓN EN MULTIPLES ETAPASMULTIPLES ETAPAS

REMOCIÓN DEREMOCIÓN DEHIERRO YHIERRO Y

MANGANESOMANGANESO

COMBINACIÓNCOMBINACIÓNDEDE

TECNOLOGÍASTECNOLOGÍAS

SINSINTRATAMIENTOTRATAMIENTO

Estructura de los CostosEstructura de los Costos

ll Inversión:Inversión: -- InicialInicial-- FuturaFutura-- De reposiciónDe reposición-- De financiaciónDe financiación-- AmbientalesAmbientales

ll Funcionamiento: Funcionamiento: -- AdministraciónAdministración-- Operación y MantenimientoOperación y Mantenimiento

Modelo de CostosModelo de Costos

C = aQb

a

Q = caudal

C =

cos

tos

Escalas log - log

Modelo de CostosModelo de Costos

c = aQ b

Q = caudalc =

cost

o un

itar

io

Escalas log - log

Costos de ConstrucciónCostos de Construcción(Colombia(Colombia--Zona Cafetera, 1998)Zona Cafetera, 1998)

1.000.000

100.000

1

Co

sto

s U

S$

10.00010 100

Caudal (l/s)

VPN de los Costos Totales VPN de los Costos Totales (Colombia(Colombia--Zona Cafetera, 1998)Zona Cafetera, 1998)

100

VP

N (U

S$)

CAUDAL (l/s)

1.000.000

10100.000

1

Diagrama de costosDiagrama de costos

Período sin suministro

de agua

Horizonte de

proyección

Demandarepresada

Período óptimo

de diseño

Período óptimo

de diseño

Período óptimo

de diseño

Inversióninicial

Inversiónfutura

Inversiónfutura

Inversiónfutura

Nombres Asociados a la Nombres Asociados a la Utilización de TecnologíaUtilización de Tecnología

ApropiadaApropiada

De Bajo CostoDe Bajo Costo

ConvencionalConvencional

No ConvencionalNo Convencional

Concepto de SostenibilidadConcepto de Sostenibilidad

CONTEXTOCONTEXTO

SostenibilidadSostenibilidad

El nivel deseado de servicioEl nivel deseado de servicioCon calidadCon calidadCon eficiencia económica y ambientalCon eficiencia económica y ambientalFinanciado por sus usuariosFinanciado por sus usuariosCon mínimo apoyo de asistencia externaCon mínimo apoyo de asistencia externaUsado de manera eficienteUsado de manera eficienteCon mínimo efecto sobre el ambienteCon mínimo efecto sobre el ambiente

Modelo de Selección de TecnologíaModelo de Selección de TecnologíaComponentes y NivelesComponentes y Niveles

ComponentesComponentes

Niveles de selecciónNiveles de selección

EconómicoEconómicoinstitucionalinstitucional

SocioSocio--culturalcultural

AmbientalAmbiental

TécnicoTécnico

El Modelo El Modelo como una aproximación a la realidadcomo una aproximación a la realidad

El modelo debe ser una aproximación El modelo debe ser una aproximación razonablemente precisa del sistema real y razonablemente precisa del sistema real y contener el mayor número de aspectos contener el mayor número de aspectos importantes del mismo, sin que su grado importantes del mismo, sin que su grado de complejidad haga difícil su de complejidad haga difícil su compresión y forma de aplicación.compresión y forma de aplicación.

Realidad ObservaciónFormulación del

ProblemaDefinición

de Sistema

Definición de

Objetivos

Modelo

Conceptual

Modelo

Matemático

AlgoritmoPrograma de computador

(Software)

$

Realidad

Req

uerim

ient

os d

e In

form

ació

n

Req

uerim

ient

os d

e R

ecur

sos

Prec

isió

n

Modelo

Modelo Conceptual Modelo Conceptual de Selección de Tecnologíade Selección de Tecnología

Alternativas Tecnológicas

Tecnologías institucionalizadas

Jerarquización desoluciones sostenibles

Capacidad y disponibilidad de

pago

NIVEL 6

Nivel socio-cultural de la

localidad

NIVEL 2

Disponibilidadde recursos y

materiales

NIVEL 3

Riesgo sanitarioy eficiencia delas tecnologías.

NIVEL 4

Análisis deCostos

NIVEL 5

Institucionalizaciónde la Tecnología

NIVEL 1

Estructura del Modelo Estructura del Modelo ConceptualConceptual

Tec. Institucionalizadas.Reglamentación sectorTec. Institucionalizadas.Reglamentación sector

Riesgo sanitario en la fuente

Normas decalidadde agua

Normas decalidadde agua

Riesgo sanitariovs. eficacia delas tecnologías

INICIARSelección

de TecnologíaNivel 4

AEstimación

del riesgosanitario

Estimación de características

socioeconómicas.Análisis de

disponibilidad de recursosNiveles 1 a 3

-Aspectos socioculturales

-Disponibilidad de recursos y materiales

Selección de

TecnologíaNiveles

1 a 3

Estructura del Modelo Conceptual (Cont.)

Costosunitarios

Modelos decantidades

de obra

Modelos decantidades

de obra

VPN de costostotales

Criteriossobretarifas

Criteriossobretarifas

A

Estimación de costos de

inversión inicial, reposición,

operación y mantenimiento

Estimación de CP y DAP

CP y DAP recursos disponibles

Selección y jerarquización de tecnologías

con base en tarifas CP y DAP

Nivel 6

Jerarquización con base en el mínimo VPN

Nivel 5

Descripción General de la Información Descripción General de la Información RequeridaRequerida

Nivel 1: Institucionalización de la tecnología• Población, factor máximo diario

Nivel 2: Aspectos socioculturales de la localidad• Tipo de localidad y distancia al centro regional urbano• Saber académico y saber comunitario• Accesibilidad a repuestos y materiales y soporte técnico local• Instituciones públicas y privadas• Organización de la sociedad civil• Gestión de la administración municipal• Gestión de los servicios públicos

Descripción General de la Descripción General de la Información RequeridaInformación Requerida

Nivel 3: Disponibilidad de recursos y materiales

• Disponibilidad de insumos químicos • Características de la energía eléctrica • Disponibilidad de medios filtrantes

Nivel 4: Riesgo sanitario y eficiencia de las tecnologías

• Tipo de fuente • Información para sistematizar riesgo agudo (turbiedad, color,

coliformes, hierro, dureza) • En forma directa y a través de inspección sanitaria • Información básica para estimar la posibilidad de riesgo

crónico

Descripción General de la Descripción General de la Información RequeridaInformación Requerida

Nivel 5: Análisis de costos • Precios unitarios para estimar inversión inicial • Costos de requerimientos para administración, operación y

mantenimiento • Costos específicos para plantas desalinizadoras y plantas

compactas

Nivel 6: Capacidad y disponibilidad de pago • Necesidad de subsidio. • Distribución población por estrato socioeconómico • Recursos disponibles para subsidios • Disponibilidad a pagar, DAP

Modelo de selección de tecnologíaModelo de selección de tecnologíaProceso de construcciónProceso de construcción

Formulación de los objetivos

Definición de marcoconceptual

Conformación degrupo de trabajo

Conceptualización por componentes

Formulación del modelo conceptual básico

Modelos de decisión específicos por Nivel de Selección

Modelo de selección de tecnologíaModelo de selección de tecnologíaProceso de construcción (Proceso de construcción (contcont.).)

Desarrollo del software

Modelos de decisión específicospor Nivel de Selección

Modelo conceptual integrado

Verificación y validación

A

Verificación y validación

Divulgación yaplicación

Evaluación

Versión inicial software

A

Información y ExperienciasInformación y Experiencias

•Proyecto Transcol

•Proyecto FLA y Pretratamientos

•Recopilación de experiencias en las instituciones del sector

•Información de proveedores

•Experiencia de participantes del Proyecto

•Asesores nacionales

•Asesores internacionales

•Validación modelo conceptual y programa de computador

•Seminarios regionales

Regiones involucradas en el Proyecto Transcol

ValidaciónValidaciónEvaluación de:

l La estrucutura general del modelol La estrucutura de toma de decisiones en

cada uno de los Nivelesl La relevancia y pertinencia de la

información requerida para la utilización del modelo.

l Los resultados de la aplicación del modelo conceptual vs. la realidad

Metodología de la ValidaciónMetodología de la Validación

l Evaluación por parte del equipo de trabajo

l Evaluación del Modelo Conceptual por parte de los asesores

l Puesta a consideración del Modelo a un grupo de representantes de

los potenciales usuarios

l Aplicación del Modelo a nivel de campo en 12 localidades

colombianas

l Aplicación del Modelo en Seminarios Regionales 1999 y 2001

Validación del Modelo ConceptualValidación del Modelo Conceptual

sí

no

Implementarcambios

Modificar laestructura

general

EntradaObservada

Sistema “real” Modelo Conceptual

no

sí

¿Es adecuada laestructura de cada

Nivel?

Modificar laestructura del

Nivel

¿Son idénticas?

Aplicacióndel Modelo

Respuestadel Modelo

RespuestaObservada

¿Es la estructuradel Modeloadecuada?

1

2

43

56

78

9

11

10

12

1. Guapi (Cauca)2. Palmaseca (Valle)3. Vijes (Valle)4. La Cumbre (Valle)5. Gigante (Huila)6. Rivera (Huila)7. Salento (Quindío)8. Mistrató (Risaralda)9. Pte. Boyacá (Boyacá)10. Ventaquemada (Boyacá)11. Villanueva (Córdoba)12. Repelón (Altántico)

Validación

de Campo

1998

Seminarios Seminarios Regionales Regionales

19991999

Cali

Santa Marta

Bogotá

Programa dePrograma de Computador para la Computador para la Selección de TecnologíaSelección de Tecnología

en Sistemas de Potabilización de Aguaen Sistemas de Potabilización de Agua

SelTecSelTec

Desarrollo del Programa SelTec Desarrollo del Programa SelTec Análisis de Requerimientos

•Grupo de Trabajo•Conceptualización General• Sistema Operacional •Lenguaje de Programación• Descripciones funcionales

Modelo Lógico

•Diagrama de Flujo de datos•Diagrama de Procesos• Diciconario de Datos

•Diagrama de Datos

Diseño

•Modelo Entidad Relación

•Modelo Jerárquico

Implementación y Validación

• Documentación• Manuales• Aplicaciones• Pruebas y Ajustes

Objetivos Objetivos de SelTecde SelTec

lSeleccionar alternativas tecnológicas sostenibles en potabilización de agua, cuando no existe tecnología en la localidad (planta nueva)

lEvaluar la sostenibilidad de una planta existente en una localidad (planta existente)

l Estimar costos de inversión inicial, administración, operación y mantenimiento para las opciones tecnológicas.

LenguajeLenguaje de de ProgramaciónProgramación

Lenguajes considerados

lDelphilVisual BasiclPower BuilderlVisual Fox Pro

Visual BasicVisual Basic

Criterios

lUniformidadlEficiencialPortabilidadlCurva de aprendizaje

Requerimientos de Hardware Requerimientos de Hardware para operar SelTecpara operar SelTec

l Computador Personal Compatible con IBM

l S.Operacional: Windows 95 o superior

lMicroprocesador: 486 DX4

lMemoria RAM: 16 MB

l Espacio disponible en disco duro: 80 MB

• Ubicación de la localidad - insumos químicos

• Caracterización del servicio de energía eléctrica

• Disponibilidad de medios filtrantes

Riesgo Sanitario y Eficiencia de las tecnologías

•Población Actual

•Tasa de crecimiento anual

•Dotación bruta

•Coeficiente de consumo máximo diario

•Horas de funcionamiento de la planta

• Aceptación de Insumos Químicos• Nivel de Saber Académico• Accesibilidad a repuestos y materiales de construcción• Soporte Técnico Humano Local• Existencia de Instituciones Públicas y Privadas • Organización de la Sociedad Civil• Gestión de los servicios públicos• Acceso a Centro Urbano Regional más Cercano

• Valores Unitarios de materiales• Salarios Básicos mensuales - costos administración• Valores Unitarios para estimar costos de energía• Costos de control de calidad• Salarios para personal operación y mantenimiento

Disponibilidad de Recursos y Materiales

•Estimar tárifa promedio•Establecer necesidad de subsidios•Estimar disponibilidad a pagar

Institucionalización de la Tecnología

• Tipo de Fuente• Tipo de información• Inspeción Sanitaria• Información básica de parámetros de • calidad de agua• Presencia de plaguicidas o metales•

Aspectos:

• Socioculturales• Tecnológicos• Económicos• Institucionales

Datos de entrada

Niveles 0 y 1

Esquema General Software SelTec

SeleccionesSostenibles

1

Nivel 2

Aspectos SocioculturalesSeleccionesSostenibles

2

Nivel 3Nivel 4

Nivel 6

SeleccionesSostenibles

3

Soluciones Jerarq.

5

Nivel 5

Soluciones Sostenibles

4

Capacidad y Disponibilidad de Pago

Análisis de Costos Información

Costos unitariosCostos Admon, Operación y Mantenimiento

Costos

Inversión InicialOperaciónMantenimientoAdministraciónVPN

Soluciones Tecnológicas Sostenibles

Escenarios de Datos

Aplicación de cada Nivel de SelTec

Existeidentidad con el

modelo conceptual

Aplicación del Programa SelTec de forma integral

Existe identidad con el

modelo conceptual

Aplicación con datos de casos reales

Evaluar y corregir el Nivel

NO

Evaluar y corregir el Programa SelTec

NO

SI

SI

SI

SI

Esquema Esquema de de ValidaciónValidación

Selección de Tecnología Selección de Tecnología PerspectivasPerspectivas

• DIVULGACION:

Seminarios, talleres, cursos cortos, cursos regulares en pregrado y postgrado, artículos, libro

• PAGINA WEB

• CONFORMACIÓN DE RED DE USUARIOS DE LOS RESULTADOS DEL PROYECTO.

• ACTUALIZACIONES AL MODELO CONCEPTUAL

• INTEGRAR DESARROLLOS DEL MODELO CONCEPTUAL AL PROGRAMA DE COMPUTADOR SELTEC

• AYUDAS EN LINEA Y AMIGABILIDAD

Selección de la tecnología para el control de contaminación por aguas residuales

OR

IGE

N D

E L

AS

AG

UA

SR

ES

IDU

AL

ES

CO

MP

ON

EN

TE

S

Residencial

Comercial eInstitucional

Industrial

Drenaje pluvial

SELECCIÓNDE

TECNOLOGÍA

TE

CN

OL

OG

ÍAS

Patógenos

Demanda de O2

Nutrientes (N&P)

Sól. Sedimentables

Micropoluyentes

Primario

Secundario

Terciario

Fisicoquímico

Natural

SaludPública

Recreación Eutroficación Transporte Ecología Potencialreuso

Fuenteabastecimiento deagua.

Objetivos del tratamiento Criterios de descarga