Determinación de los coeficientes de variación de consumo para su aplicación en diseños de abastecimiento de agua en Lima Metropolitana

Abstract

La importancia de determinar los coeficientes de variación de consumo basados en información histórica y analizados estadísticamente es que de esa manera se obtienen coeficientes confiables (robustos) para su aplicación en el dimensionamiento de infraestructuras de agua potable, debido a que el diseño de estas infraestructuras está intrínsecamente ligado a las variaciones del consumo de agua. Asimismo, es importante resaltar que el Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA (2006, art. 1 [Norma OS.100 del RNE: Consideraciones básicas de diseño de infraestructura sanitaria]) dispone que solamente en casos donde no se cuente con información se considere los coeficientes de variación de consumo establecidos en el citado decreto supremo. En el desarrollo de la presente investigación se efectuó el ordenamiento y procesamiento de 6 708 413 datos de caudales promedio horario y 285 207 datos de caudales promedio diario, correspondientes al periodo del 2013 al 2023, los citados datos fueron formalmente cedidos por el Sistema SCADA Metropolitano de SEDAPAL para 71 sectores de estudio. Para la selección de los sectores de estudio se consideró que estos deben cumplir con los requerimientos de ser controlados, automatizados, integrados al Sistema SCADA Metropolitano de SEDAPAL y abastecidos con fuente única superficial. Como primer proceso de tratamiento de datos se realizó el control de calidad de la información depurando los datos con comportamientos atípicos anuales y con comportamientos atípicos diarios. Posteriormente, se procedió con el análisis estadístico mediante la aplicación del diagrama de medida de tendencia central y de dispersión (diagrama de caja) para la detección de valores extremos (valores atípicos) y su depuración. Seguidamente, se dividió el periodo de análisis en dos fases: la primera en condiciones habituales de consumo de agua (del 2013 al 2019 y 2023) y la segunda durante el Estado de Emergencia Nacional por COVID-19 (del 2020 al 2022). Luego se determinaron los coeficientes de variación de consumo por estratificación según ingreso per cápita del hogar, resultando coeficientes similares entre estratos, por lo que, se realizó el proceso de reclasificación para el cálculo de los nuevos coeficientes de variación de consumo, los cuales resultaron ser menores a los establecidos en las normativas que se aplican a los diseños de sistemas de agua potable en Lima Metropolitana. Con los coeficientes de variación de consumo de los sectores de estudio y mediante la interpolación de los mismos se elaboró un conjunto de mapas temáticos de variación de consumo, con la finalidad de conseguir una visualización espacial de los resultados obtenidos por cada coeficiente de variación de consumo y por cada periodo de análisis. Posteriormente, se desarrollaron modelos de aplicación donde se realizó el comparativo entre un diseño elaborado con los coeficientes de variación de consumo establecidos en las normativas que se aplican a los diseños de sistemas de agua potable en Lima Metropolitana con los determinados en la presente investigación, resultando en un ahorro considerable en los costos de inversión por la reducción del dimensionamiento de las infraestructuras de agua potable. Finalmente, se describen las conclusiones a las que se llegó en la presente investigación. En las recomendaciones se proponen posibles líneas de investigación en el campo de los coeficientes de variación de consumo para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable.

The importance of determining coefficients of variation of consumption based on historical information and statistically analyzed lies in obtaining reliable (robust) coefficients for their application in the sizing of potable water infrastructure. This is due to the design of these infrastructures is intrinsically linked to fluctuations in water consumption. Moreover, it is important to highlight that Supreme Decree N° 011-2006-VIVIENDA (2006, art. 1 [Norma OS.100 RNE: Basic Considerations for Sanitary Infrastructure Design]) stipulates that only in cases where there is no information available should the coefficients of variation of consumption established in the aforementioned supreme decree be considered. In the course of this research, the organization and processing of 6,708,413 hourly average flow data and 285,207 daily average flow data were conducted, corresponding to the period from 2013 to 2023. These data were extracted from the Metropolitan SCADA System of SEDAPAL (Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Lima) and from 71 study sectors. For the selection of study sectors, it was considered that they must meet the requirements of being controlled, automated, integrated into the Metropolitan SCADA System of SEDAPAL, and supplied with a single surface source. As the first step in the data treatment process, quality control of the information was performed by filtering data with annual and daily atypical behaviors. Subsequently, statistical analysis was performed using the central tendency and dispersion measurement diagram (box plot) to detect outliers (atypical values) and cleanse the dataset. Next, the analysis period was divided into two phases: the first phase under usual water consumption conditions (from 2013 to 2019 and 2023) and the second during the National State of Emergency due to COVID-19 (from 2020 to 2022). Then, the coefficients of variation of consumption were determined by stratification according to household per capita income, resulting in similar coefficients across strata. Therefore, a reclassification process was conducted to calculate the new coefficients of variation of consumption, which resulted to be lower than those established in the regulations applied to the designs of potable water systems in Lima Metropolitana. Using the coefficients of variation of consumption from the study sectors and through interpolation, thematic maps of consumption variation were created, in order to achieve a spatial visualization of the results obtained for each coefficient of variation of consumption and each analysis period. Subsequently, application models were developed, where a comparison was made between a design prepared with the coefficients of variation of consumption established in the regulations applied to the designs of potable water systems in Metropolitan Lima and those determined in this research. This resulted in significant cost savings in infrastructure sizing for potable water. Finally, the conclusions reached in this research are described. In the recommendations, possible lines of research in the field of coefficients of variation of consumption for the design of potable water supply systems are proposed.