LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 169.
DOI: https://doi.org/10.56712/latam.v5i5.2598
Optimización energética en planta de tratamiento de agua
potable de Manabí
Energy optimization in a potable water treatment plant in Manabí
Luis Damián Macías García
lmacias1083@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-8373-9569
Facultad de Posgrado. Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo – Ecuador
Lenin Julián Pita Cantos
lenin.pita@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-3847-0554
Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo – Ecuador
Artículo recibido: 21 de agosto de 2024. Aceptado para publicación: 04 de septiembre de 2024.
Conflictos de Interés: Ninguno que declarar.
Resumen
La gestión eficiente de la energía en las PTAP es crucial para la sostenibilidad y los costos de
operación, la investigación actual tiene como objetivo obtener una optimización, a través de los
indicadores que tienen incidencia directa, en una planta de tratamiento de agua potable de Manabí,
que contribuya en una propuesta de mejora de eficiencia energética en los procesos de la estación,
evaluar el estado del arte sobre los sistemas de gestión energética. Caracterizar las condiciones de
operación de los procesos de potabilización, determinar el impacto económico que generan los
factores de incidencia que influyen en la eficiencia energética, e identificar oportunidades para
establecer un plan de mejoras en el desempeño energético. La investigación se enfoca en la
optimización energética basada en la norma ISO 50001:2018, la metodología sigue el ciclo Planear,
Hacer, Verificar, Actuar, que incluyen visitas a la planta, revisión de instalaciones eléctricas, obtención
de datos y análisis, se evalúa el consumo energético, índices de consumo y eficiencia física entre
otras, con el objetivo de proponer mejoras para reducir costos y pérdidas, el análisis de la planta revela
un consumo anual de 15,681,926 kWh, en el que la sala de bombas 1 es responsable del 70.90% del
consumo, se identifica una contravención al factor de potencia, con un índice de consumo de 0.4894
kWh/m3, por lo que se recomienda estrategias para reducir el consumo de energía, y optimizar
procesos para mejorar la sostenibilidad operativa y financiera. También se sugiere explorar
tecnologías más eficientes y fuentes de energía renovable.
Palabras clave: optimización, energía, eficiencia, agua potable
Abstract
Efficient energy management in WWTPs is crucial for sustainability and operating costs, the current
research aims to obtain an optimization, through indicators that have direct impact, in a drinking water
treatment plant in Manabí, which contributes to a proposal for improving energy efficiency in the
processes of the station, evaluate the state of the art on energy management systems. Characterize
the operating conditions of the drinking water treatment processes, determine the economic impact
generated by the incidence factors that influence energy efficiency, and identify opportunities to
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 170.
establish a plan to improve energy performance. The research focuses on energy optimization based
on ISO 50001:2018, the methodology follows the Plan, Do, Check, Act cycle, which include visits to the
plant, review of electrical installations, data collection and analysis, energy consumption is evaluated,
consumption rates and physical efficiency among others, with the aim of proposing improvements to
reduce costs and losses, the analysis of the plant reveals an annual consumption of 15,681,926 kWh,
in which the pump room 1 is responsible for 70. 90% of the consumption, a contravention to the power
factor is identified, with a consumption index of 0.4894 kWh/m3, so strategies are recommended to
reduce energy consumption, and optimize processes to improve operational and financial
sustainability. It is also suggested that more efficient technologies and renewable energy sources be
explored.
Keywords: optimization, energy, efficiency, potable wáter
Todo el contenido de LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades,
publicado en este sitio está disponibles bajo Licencia Creative Commons.
Cómo citar: Macías García, L. D., & Pita Cantos, L. J. (2024). Optimización energética en planta de
tratamiento de agua potable de Manabí. LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y
Humanidades 5 (5), 169 – 184. https://doi.org/10.56712/latam.v5i5.2598
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 171.
INTRODUCCIÓN
Existe una interrelación entre el agua y la energía, en particular, el incremento de la población, la
industrialización y las actividades agrícolas ejercen una gran influencia sobre los recursos más
relevantes del mundo, el agua y los combustibles fósiles, (Bailey et al., 2020). La energía es un insumo
crítico para la entrega de agua potabilizada y tiene destacada incidencia en los costos de prestación
del servicio, en Estados Unidos, se considera que alrededor del 4% de la demanda de electricidad se
emplea para la potabilización y distribución de agua, (Baquero-Rodríguez et al., 2018).
Los objetivos de desarrollo sostenible relacionados con el agua y la energía son interdependientes, sin
embargo, las métricas de desempeño asociadas a menudo son distintas, por lo que se requieren
métodos y herramientas para un análisis que determinen una combinación adecuada de tecnologías y
escala de inversiones, (Parkinson et al., 2018), pues el gasto energético representa el 75% de las
emisiones de la Unión Europea, por lo tanto, la evolución de nuestro sistema energético es fundamental
para nuestras ambiciones climáticas, que se complementarán con las contribuciones nacionales que
cada estado miembro debe apoyar con el fin de lograr reducir el consumo de energía, para minimizar
las emisiones y los costos energéticos, lo que ayudará a conseguir una reducción del 9% de aquí a 2030
(EUR, 2021).
Para evaluar la influencia de los programas de eficiencia energética en función de la calidad de la
energía, se miden los valores para la determinación de la turbidez del agua, utilizando turbidímetros
ópticos, a través de una muestra de agua, (Castrillón et al., 2015). El Banco Interamericano de
Desarrollo y la Asociación Internacional del Agua, promueven proyectos como Aqua Rating a partir de
indicadores de desempeño, expresado por (Baquero-Rodríguez et al., 2018), evaluación que consiste
en desarrollar una plataforma informática que compara la gestión de una empresa ficticia y una
perfecta, para establecer una brecha entre las dos empresas, las cuales deben irse cerrando con planes
de acción (Rating, 2017), para transformar la gestión de las empresas de agua y saneamiento,
evaluando su desempeño mediante el uso de estándares internacionales y auditores independiente
acreditados.
Estudios anteriores han requerido un análisis más detallado de las etapas individuales de suministro
de agua potable y la determinación de la energía necesaria para tratar el agua, es decir, la energía
utilizada por las ETAP. El propósito de estos análisis fue evaluar y comparar la intensidad energética
de las ETAP, es decir, la energía consumida por unidad de volumen (m3) de agua potable producida
(kWh/m3) Sin embargo, varios autores determinaron que la energía requerida para tratar el agua
depende de varios factores, incluyendo la calidad del agua y de los estándares de agua potable, así
como la tecnología de tratamiento de agua utilizada, (Molinos-Senante & Sala-Garrido, 2019).
Diversos estudios han examinado el consumo de energía para la administración de agua potable, se llevó a cabo
una revisión de la literatura y se comparó el consumo de energía de un tratamiento de agua convencional en
diversos países, tales como, Australia (0.01–0.2 kWh m−3), España (0.11–1.5 kWh m−3), Nueva Zelanda (0.15–
0.44 kWh m−3) y Estados Unidos (0.184–0.47 kWh m−3). Los principales consumidores de energía fueron los
procesos de cloración (debido a la producción in situ de dióxido de cloro) y la coagulación, lo cual generó un 34%
y un 31% del consumo total de energía operativa de las ETAP, (Bukhary et al., 2020).
La eficiencia energética es esencial para el desarrollo sostenible de los países, tiene un gran impacto
tanto en la rentabilidad como en la sostenibilidad de la producción industrial, para el análisis
económico se realizan varios escenarios en función de los requerimientos de agua. Se determina que
gracias al uso de variadores de velocidad se logran ahorros entre el 57 y 69% (entre 1,05 y 2,11 MMUSD)
y que gracias al uso del control estadístico de procesos se logran ahorros adicionales entre 2,4 y 5,3%
(73 y 127 MUSD) (Andrade, 2018). El diseño original de la planta en análisis es para laborar hasta un
límite de niveles de turbiedad de 1500 (NTU), al sobrepasar estos niveles obliga a detener el
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 172.
tratamiento, generando paralización del proceso de potabilización hasta que los niveles de turbidez
desciendan, provocando desabastecimiento del líquido en la ciudad, por períodos que van
generalmente a partir de 2 horas, hasta 72 horas consecutivas en el mejor de los casos, y hasta 7 días
en el peor de los casos, (Macias, 2015).
Sin embargo, durante muchos años en Ecuador la gestión del agua se ha centrado en iniciativas para
aumentar la oferta de la cantidad y no de su calidad (Terneus & Yanez-Moretta, 2018), alrededor del 4-
6% de las necesidades de electricidad se utilizan para purificación y distribución del agua (Longo et al.,
2016).
Esta investigación conlleva un interés de actualidad, debido al avance en normativas y modelos para
identificar los sistemas de control y monitoreo para reducir el consumo de energía en la planta de
tratamiento de agua potable, utilizando métodos de tratamiento de agua más eficientes
energéticamente, para optimizar el uso de energía en los procesos, como la aireación y la
sedimentación, mediante la implementación de tecnologías y realizar un análisis de la eficiencia
energética de la planta de tratamiento de agua potable para identificar áreas de mejora y establecer
objetivos de reducción de consumo de energía y capacitar al personal de la planta de tratamiento de
agua potable en prácticas de eficiencia energética y fomentar una cultura de ahorro de energía en la
organización.
METODOLOGÍA
La investigación se desarrolló en una planta de tratamiento agua potable de la provincia de Manabí, en
Ecuador, se analizó distintos parámetros dentro de la instalación como, la potencia, factor de potencia,
el consumo energético, el voltaje por faces, el amperaje, caudal de agua cruda y caudal de agua tratada
en m3, datos que permiten un control del consumo de energía eléctrica para así obtener una propuesta
para la optimización energética de la planta de tratamiento de agua potable.
El análisis se realizó durante un año de operación de la planta mediante visitas periódicas para observar
el proceso de operación y el consumo de energía de los equipos, con el fin de recopilar la información
de consumo y producción mensual de agua tratada. Las fases del proceso de potabilización se
muestran en la figura 1.
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 173.
Figura 1
Etapas de potabilización en planta de tratamiento de agua potable
La metodología de la investigación está en función de la norma ISO 50001:2018, la misma considera
los aspectos PHVA (Planear, Hacer, Verificar, Actuar). El procedimiento metodológico del proceso de
investigación conlleva un orden sistemático que implica visita a la planta, revisión de las instalaciones
eléctricas, solicitud de información, obtención de datos de los equipos, carga instalada de equipos,
verificación del sistema eléctrico, ejecución del proceso de control, análisis de la energía eléctrica
consumida.
Se realizaron visitas a las instalaciones de la planta de tratamiento de agua potable para verificar la
operación y el estado de las instalaciones eléctricas de los equipos de conformidad con las
condiciones preestablecidas técnicamente, el consumo y costo mensual de la energía eléctrica,
caracterizando los problemas existentes que permitan evaluar las condiciones de operación de los
sistemas eléctricos.
Para el efecto se determinaron las horas de trabajo de cada equipo, el consumo energético en kWh, el
factor de potencia y el costo de la energía por el servicio de la planta de tratamiento de agua, facturado
por la empresa pública de electricidad durante los meses comprendidos del año en análisis. La zona
de medición fue el patio de distribución de 0,7 MVA, en donde se ubicó el analizador de red por un
periodo de 7 días para obtener una base de datos sólida.
Además, se adquirieron datos estadísticos del agua sin procesar que ingresa al sistema de captación
y que es contabilizada en metros cubico por un caudalímetro, el agua procesada disponible para el
consumidor final y las pérdidas de fluido que se generan durante el proceso de la planta de tratamiento
de agua potable.
Metodologías para el análisis y procesamiento de datos
Para el análisis y procesamiento de datos se utilizó el software estadístico Minitab 18 y las ecuaciones
analíticas para el cálculo de los factores energéticos.
Análisis de la energía eléctrica consumida.
Para determinar la energía eléctrica consumida se consideraron las siguientes variables:
Captación de
agua cruda
Aireación
Mezcla Rapida
Decantadores
Filtros
Desinfección
Final
Almacenamiento
Impulción de
agua tratada
Tanques
Reservorios
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 174.
El tipo de dispositivo conectado a la fuente de alimentación.
El número de horas de operación de cada unidad y su horario.
Cálculo de la energía consumida.
Consumo de energía de los equipos del sistema de bombeo.
Este consumo está dado por la potencia demandada promedio durante las horas de operación,
ecuación 1. El consumo de energía del equipo de bombeo, (Ceb), es el resultante de la potencia
promedio (pe) usada durante el tiempo requerido por el equipo (KW) multiplicada por el tiempo (t) de
operación en horas al año (h/año).
(1)
El consumo de energía total (Cet) del sistema de agua y saneamiento es función de las variables
reflejadas en la ecuación 2, donde Cec es el consumo de energía del resto de los componentes
incluyendo la energía perdida de acuerdo al concepto del balance de energía (kWh).
(2)
Índice de consumo energético (IE)
Indicador que permite relacionar el consumo de energía con los volúmenes de agua, representa la
relación entre la energía utilizada por un sistema de bombeo de agua potable para producir y distribuir
el agua a la población y/o el tratamiento del agua servida, según sea el caso. Se calcula mediante la
Ecuación 3, siendo Vtag el volumen total de agua generado o tratado en m3/año.
(3)
La energía total consumida puede determinarse a partir del historial de consumos energéticos
registrados en la factura del servicio de energía, durante el periodo de tiempo dado, considerando que
no más del 5% del valor facturado fue causado por los servicios administrativos, si el sistema posee
datos específicos referentes a este consumo promedio pueden descontarse del valor de energía total.
Índice de pérdidas
Establecer planes de gestión energética involucra que en los procesos de planificación de la operación
se establezcan planes de mejora continua que permitan la implementación de programas de reducción
de pérdidas, para evaluar el cumplimiento de metas el índice de pérdidas se convierte en un excelente
indicador, Ecuación 4. El Índice de pérdidas se lo obtiene mediante el volumen de agua estimado o
medido (Vd) que ingresa al sistema de distribución en m3, menos el volumen de agua micro (Vm)
medido en m3, más el volumen de agua (Ve) estimado para efectos de facturación (m3), dividido para
el volumen de agua estimado.
(4)
Indicador de eficiencia física (IEF)
Este indicador posibilita primordialmente detectar las pérdidas en la producción de un sistema de agua
potable. El indicador de eficiencia física se calcula en porcentaje, dividiendo el volumen de agua
facturada (Vaf) para el volumen de agua potabilizada (Vtag) del sistema para un periodo definido según
la ecuación 5.
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 175.
(5)
En países desarrollados se pretende obtener un indicador de eficiencia física del 80% que es un valor
bastante aceptable y alcanzable; sin embargo, en ciertos territorios se han logrado valores inferiores al
15%. Valores inferiores al 80% reflejan oportunidades de ahorro de agua relevantes para la organización
y en la conservación de las fuentes de suministro.
Indicador de costo unitario de energía (CUE)
Representa el costo específico por unidad de energía consumida CUE, el cual depende del tipo de tarifa
eléctrica contratada, el factor de carga (que refleja las horas de operación reales sobre las horas
naturales) y factores que inciden en la facturación energética, tales como la penalización o bonificación
por el factor de potencia de la instalación, este indicador se calcula mediante la Ecuación 6, en la cual
Ifea es el importe de facturación eléctrica anual en $/año de la energía y Tec es el total de energía
consumida en .
(6)
RESULTADOS
Consumos energéticos de la planta de tratamiento de agua potable de Manabí
La capacidad de la estación de bombeo de agua cruda para el tratamiento de agua potable es de
aproximadamente 4200 metros cúbicos por hora, que bajo condiciones de sólidos en suspensión son
procesadas en las diferentes etapas para ser bombeadas al consumidor final. En la tabla 1 se muestran
el gasto energético, el factor de potencia y el pago por servicio eléctrico en año de muestra analizado,
los caudales de ingreso y procesamiento de agua con sus respectivas pérdidas, generados del balance
de masas de los equipos medidores de caudal de marca Krohne de la empresa.
Tabla 1
Consumos energéticos de la planta de tratamiento de agua potable
Meses
Consumo
energético
(kW-h)
Factor
de
potencia
Servicio
Eléctrico,
$
Agua que
ingresa
m3
Agua
potabilizada
m3
Pérdidas
de agua
m3
Enero
1.322.050
0.978
111.805
2.993.874
2.773.188
220.686
Febrero
1.209.430
0.979
109.369
2.757.047
2.453.863
303.184
Marzo
957.126
0.991
102.150
2.236.870
2.007.649
229.221
Abril
1.291.430
0.946
119.553
2.757.491
2.614.832
142.659
Mayo
1.371.360
0.950
120.689
2.979.228
2.771.512
207.716
Junio
1.357.250
0.950
120.689
2.853.660
2.736.284
117.376
Julio
1.384.100
0.951
120.871
2.913.924
2.764.933
148.991
Agosto
1.337.040
0.950
122.473
2.726.251
2.682.235
44.016
Septiembre
1.365.690
0.950
122.112
2.776.496
2.731.175
45.321
Octubre
1.349.030
0.945
124.430
2.908.317
2.857.612
50.705
Noviembre
1.422.250
0.944
124.948
2.781.693
2.714.965
66.728
Diciembre
1.315.170
0.945
121.031
2.740.581
2.672.769
67.812
Total
15.681.926
-
1.420.120
33.425.432
31.781.017
1.644.415
Nota: Tabla elaborada por el autor, con valores obtenidos de la empresa eléctrica CNEL EP y la empresa
pública de agua potable.
Levantamiento de carga instalada y consumo de los equipos.
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 176.
Se procedió a realizar el cálculo de la potencia instalada en motores, comprensores, tecles, unidades
de arranque, luminarias, acondicionadores de ambiente, equipos de cómputo y laboratorios más
importantes de la instalación, a través de los datos de placa de los equipos e información
proporcionada por los operadores. La carga total instalada en la planta de tratamiento de agua potable
es 3302,48 kVA, considerando que el factor de potencia promedio es de 0,93 se establece que la
potencia instalada es 3071,30 kW.
La tabla 2 muestra los resultados de la potencia instalada de los equipos eléctricos, las horas de trabajo
de los equipos y el consumo energético.
Tabla 2
Resumen de índices de equipos dados por fabricantes y horas de trabajo de cada equipo energético
Descripción
Potencia total
de los equipos
KW
Promedio de
horas de trabajo
h
Consumo
energético
kW-h
Equipos de sistemas de bombeo
3051,51
13,977
42652,08
Equipos de Iluminación y laboratorio
12,91
6,379
82,34
Equipos de climatización
6,88
-
24,65
Totales
3071,30
-
42759,07
Nota: Tabla elaborada por el autor, con valores obtenidos de la empresa pública de agua potable.
La tabla 3 muestra los resultados de los equipos de mayor consumo de manera porcentual, índices que
permitirán establecer puntos de análisis con el objetivo de optimizar los procesos.
Tabla 3
Resumen de consumo de equipos del sistema de motores y bombas
No. Bombas
Área de ubicación
Potencia, kW
Consumo, kW-h
%
5
Captación
6,6
28,6
0,07
3
Aireador
45,84
716,97
1,68
6
Filtración
6,6
13,2
0,03
1
Mezcla rápida
5,5
88
0,21
4
Decantador
23,84
384,36
0,90
15
Pre-sedimentador
59,11
118,23
0,28
13
Sala de máquinas 1
101,03
1339,94
3,14
4
Sala de bombas 1
2160
30240
70,90
4
Sala de máquinas 2
116,28
1844,06
4,32
11
Sala de bombas 2
474,82
7151,9
16,77
3
Cloración
3,3
5,5
0,01
32
Reactivos
48,56
721,30
1,69
101
Total, general
3051,51
42652,08
100,00
Nota: Tabla elaborada por el autor, con valores obtenidos de la empresa pública de agua potable.
En la tabla 4 se presentan los resultados del promedio de clientes y las recaudaciones de la empresa
de agua potable en el año de análisis.
Tabla 4
Promedio de clientes y recaudación de Empresa pública de agua potable del año 2021
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 177.
Meses
Clientes
Volumen de Agua, m3
Enero
31562
836.465,65
Febrero
29797
778.441,13
Marzo
31917
958.659,99
Abril
30585
835.509,61
Mayo
30682
860.495,87
Junio
31798
954.336,62
Julio
31128
940.801,86
Agosto
31519
1.073.665,58
Septiembre
33537
1.119.327,93
Octubre
32544
947.735,81
Noviembre
33444
943.874,64
Diciembre
35700
1.083.650,18
Promedio
32.017,75
Total
11.332.964,87
Nota: Datos tomados de documentos estadísticos de (PORTOAGUA EP, 2021)
Obtención de resultados del analizador de red PQ-Box 435 II
Para analizar los valores permisibles establecidos por el Reglamento N° ARCONEL 005/18, y N°
ARCONEL-053/18, para el voltaje se utilizaron límites que definen el nivel de tensión como permisible
al 5%, inmune al ruido, Voltaje de oscilación Vflk menor que 1 (unidades), distorsión armónica THDV
menor que 5% y asimetría facial para voltaje 2%. Por otro lado, el factor de potencia establecido
mediante la resolución ARCERNNR-009-2022 estipula que no debe ser inferior a 0,92, lo que podría
generar sanciones para las empresas en fiscalización.
La tabla 5, muestra los datos técnicos para el análisis mediante el analizador de red (PQ-Box 435 II).
Tabla 5
Datos técnicos para el análisis
Capacidad
kVA
Corriente
primario
f-n (A)
Voltaje
primario
(kV)
Voltaje
nominal f-
f 1-2(V)
Voltaje
nominal f-
f 2-3(V)
Voltaje
nominal
f-f 1-3(V)
Energía
suministrada
(kWh)
3750
54,35
69
69315,69
69591,06
68942,25
299863,59
Nota: Tabla elaborada por el autor, con valores obtenidos de un analizador de redes PQ-Box 435 II.
En la Tabla 6 se muestran datos de calidad energética en la planta potabilizadora de agua potable,
resultados tomados mediante un analizador de redes marca PQ-Box 435 II.
Tabla 6
Estadísticos descriptivos de parámetros eléctricos
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 178.
Parámetros
Valores Medidos
Valores
Permitidos
Observación
Máximo
Promedio
Frecuencia
(Hz)
60,02
59,2
Cumple
Voltaje Vrms
L1
40917
39789
Cumple
L2
41139
40175
Cumple
L3
40994
40039
Cumple
Distorsión
Armónica
L1
1,7740
1,2698
Cumple
L2
1,6880
1,1844
Cumple
L3
2,1170
1,3342
Cumple
Fliker Vflk
L1
0,68700
0,12588
Cumple
L2
1,38000
0,13017
Cumple
L3
1,85400
0,13108
Cumple
Amperaje
L1
16,872
15,385
-
Cumple
L2
16,778
15,494
-
Cumple
L3
18,338
16,985
-
Cumple
Distorsión
Armónica
ATHD %
L1
1,7740
1,2698
Cumple
L2
1,6880
1,1844
Cumple
L3
2,1170
1,3342
Cumple
Factor de
Potencia PF
L1
0,97700
0,97133
Cumple
L2
0,89100
0,86485
No Cumple
L3
0,96600
0,96111
Cumple
Desbalance de
fases
Vunb %
0,24
0,52
Cumple
Aunb %
3,18
16.10
Cumple
Nota: Tabla elaborada por el autor, con valores obtenidos de un analizador de redes PQ-Box 435 II.
Obtención de indicadores energéticos
Consumo de energía total del sistema de equipos de bombeo.
= 15.567.629,28 kWh/año
= 15606680 kWh/año
Índice de consumo energético (IE)
= 0.4894 kWh/m3
Indicadores de pérdidas
= 38.82 %
Indicador de eficiencia física
= 0,35 = 35 %
Indicador de costo unitario de energía
= 0.09 $
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos del planillado eléctrico, respecto al consumo energético general de la planta,
arrojan un valor de 15.681.926 kWh, para una producción anual de agua potabilizada de 31.781.017
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 179.
m3, con un pago por servicio de parte los usuarios de $ 1.420.120 dólares americanos, tomando en
cuenta las pérdidas de agua en el proceso 1.644.415 metros cúbicos que representan el 5,17%. Con
una base de clientes promedio mensual de 32017,74 familia, con el cual el volumen de agua facturado
para el año se determinó en 11.332.964,87 metros cúbicos, lo que equivale al 35,66% del agua
potabilizada que llega al consumidor final del valor total, lo cual se puede apreciar en la figura 2.
Figura 2
Pérdidas y volumen de agua potable facturada de la planta de tratamiento en análisis
La potencia total instalada de la PTAP, considerando el sistema de bombeo, iluminación, laboratorio y
aire acondicionado, es de 3071,3 KW con un consumo de 42759,07 kW-h/diarios, lo que muestra que
el área de las bombas del cuarto 1, tiene el mayor consumo con un 70.90%, seguido del área de bombas
2 con un 16.77%, cuarto de máquinas 1 y 2 con un 7.46% y el área de aireadores con un 1.68%,
considerados los datos más relevantes que se pueden visualizar en la Figura 4. Mientras que la
resolución ARCERNNR-009-2022 estipula que el factor de potencia no debe ser menor a 0.92, lo que
podría generar amonestaciones para la empresa, razón por la cual luego de instalar un analizador de
redes marca PQ-Box 435 II en un periodo de 7 días, bajo las condiciones de la Tabla 5 se obtuvo un
resultado de factor de potencia bajo en la línea 2 con un valor de 0.89100, lo cual es una violación a la
normatividad valores referenciados en la Tabla 6. de los datos estadísticos descriptivos de parámetros
eléctricos.
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 180.
En el gráfico 1 puede observar la distribución del consumo energético de los equipos de la planta de
tratamiento de agua potable.
Gráfico 1
Distribución del Consumo Energético de los equipos de la PTAP
El consumo de energía de los equipos del sistema de bombeo está dado por la potencia de la demanda
promedio durante las horas de operación, obteniendo como resultado 15.567.629,28 kW-h/año.
Mientras que el consumo de energía total del sistema de agua y saneamiento es de 15.606.680
kWh/año. Obteniéndose un índice de consumo energético que permite relacionar el consumo de
energía con los volúmenes de agua, lo que representa la relación entre la energía utilizada por un
sistema de bombeo de agua potable para producir y distribuir el agua a la población y/o el tratamiento
del agua servida, siendo de 0.4894 kW-h/m3. Molinos-Senante & Sala-Garrido, (2017) establece en qué
medida las 179 ETAP analizadas presentan diversos factores que impactan el IE y si existen
tecnologías que proporcionen economías de escala a las ETAP. Por tanto el IE de las ETAP que utilizan
filtros de presión no se ve afectada por las economías de escala porque el volumen de agua tratada no
es un factor significativo en el modelo con un valor de 0,39 kWh/m3, el volumen de agua tratada es el
factor más importante del modelo de una instalación de tratamiento de agua que utiliza gravedad
rápida con 0.23 kWh/m3, por lo que el IE de la planta está fuertemente influenciado por economías de
escala, mientras que la eficiencia de remoción de contaminantes tiene un mayor impacto en el IE en
las ETAP con coagulación-floculación con 0.07 kWh/m3 que en plantas sin este proceso, lo que se
puede apreciar en el gráfico 2.
0,07%
1,68%
0,03%
0,21%
0,90%
0,28%
3,14%
70,90%
4,32%
16,77%
0,01%
1,69%
%
Captación
Aireador
Filtración
Mezcla rápida
Decantador
Presedimentador
Sala de máquinas 1
Sala de bombas 1
Sala de máquinas 2
Sala de bombas 2
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 181.
Gráfico 2
Índice de Consumo Energético (IE) del Sistema de Bombeo de Agua Potable
Los índices hidráulico involucran que, en los procesos de planificación de la operación se establezcan
planes de mejora continua, como el índice de pérdidas el cual se convierte en un excelente indicador,
que nos otorgó un 38.82 %, con una eficiencia física que posibilita detectar las pérdidas en la
producción de un sistema de agua potable, el indicador de eficiencia física obtenido fue de un valor de
35 %, sin embargo por en países del exterior se pretende obtener un valor de la eficiencia física del 80
%, que es un valor bastante aceptable y alcanzable, sin embargo, en ciertos territorios se han logrado
valores inferiores al 15%. Valores inferiores al 80% reflejan oportunidades de ahorro relevantes para la
organización y en la conservación de las fuentes de suministro. Mientras que otro indicador como el
costo unitario, que representa el costo específico por unidad de energía consumida, es cual nos da
como resultado $ 0.09/kW-h.
CONCLUSIÓN
Con base en los resultados del análisis de eficiencia energética en la PTAP, se pueden extraer las
siguientes conclusiones, el consumo energético anual de la planta para tratar 31.781.017 m3 de agua
es de 15.681.926 kWh, y las pérdidas de agua en el proceso son del 5,17%, lo que sugiere oportunidades
para reducir las pérdidas y mejorar la eficiencia del sistema y considerando el costo total del servicio
de $1.420.120, y la relación entre el costo y el consumo de energía podría optimizarse para mejorar la
rentabilidad.
La zona de bombas de la sala 1 es la de mayor consumo, representando el 70,90% del consumo
energético total, mientras que areas, como bombas y aireadores, esta sujeta a identificar
oportunidades de mejora y reducción del consumo. El factor de potencia en la línea 2 del sistema es
inferior al valor estándar de 0.92 establecido por la Resolución ARCERNNR-009-2022, se recomienda
tomar medidas correctivas para mejorar el factor de potencia y cumplir con la normativa aplicable para
evitar posibles sanciones.
En resumen, la planta potabilizadora enfrenta desafíos en términos de eficiencia energética, pérdidas
de agua y cumplimiento regulatorio. Se recomienda implementar estrategias para reducir el consumo
de energía, optimizar los procesos de tratamiento de agua y corregir desviaciones regulatorias para
mejorar la sostenibilidad operativa y financiera de la instalación.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Sistema de Bombeo
Referencia Filtros de Presión
Referencia Gravedad Rápida
Referencia Coagulación-Floculación
Índice de Consumo Energético (IE) en kWh/m
3
Sistema de Bombeo de Agua Potable
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 182.
Implementar tecnologías de filtración avanzadas como la ultrafiltración y la nanofiltración, evaluar la
eficiencia de diferentes tipos de medios filtrantes y membranas, optimizar la dosificación de
desinfectantes para asegurar la eliminación de microorganismos patógenos, implementar sistemas de
monitoreo en tiempo real para controlar la calidad del agua durante todo el proceso, considerar la
posibilidad de implementar tecnologías más eficientes. Explorar fuentes de energía renovables para
alimentar la planta, maximice la eficiencia teniendo en cuenta la modularización y la flexibilidad del
diseño para adaptarse a los cambios en la demanda de agua.
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 183.
REFERENCIAS
Andrade, R. (2018). Gestión Energética de una Estación de Bombeo mediante el uso del Control
Estadístico de Procesos. Estudio de Caso: Acueducto “La Esperanza” – Refinería del Pacífico (2). 40(2),
Article 2. https://n9.cl/lko3g0
Andreu, P. S., Mifsut, C. L., & Abellán, M. (2012). Optimización energética en edar de la Región de Murcia.
Ingeniería civil, 168, Article 168. https://n9.cl/qia8p0
Bailey, J. R., Ahmad, S., & Batista, J. R. (2020). The Impact of Advanced Treatment Technologies on the
Energy Use in Satellite Water Reuse Plants. Water, 12(2), Article 2. https://doi.org/10.3390/w12020366
Baquero-Rodríguez, G. A., Lara-Borrero, J. A., Nolasco, D., & Rosso, D. (2018). A Critical Review of the
Factors Affecting Modeling Oxygen Transfer by Fine-Pore Diffusers in Activated Sludge. Water
Environment Research, 90(5), Article 5. https://doi.org/doi:10.2175/106143017X15131012152988
Bukhary, S., Batista, J., & Ahmad, S. (2020). Design Aspects, Energy Consumption Evaluation, and Offset
for Drinking Water Treatment Operation. Water, 12(6), Article 6. https://doi.org/10.3390/w12061772
Castrillón, R., Monteagudo Yanes, J. P., Borroto Nordelo, A., & Quispe Oqueña, E. C. (2015). Línea de
Base Energética en la implementación de la norma ISO 50001. Estudios de casos. https://n9.cl/d3lic
EUR, L. (2021). EUR-Lex—52021DC0550—EN - EUR-Lex. https://eur-lex.europa.eu/legal-
content/ES/TXT/?uri=CELEX%3A52021DC0550
Fernández, S. (2022, noviembre 15). OPTIMIZACION DE LOS SISTEMAS de bombeo para ahorrar
energía eléctrica. guiadebombas. https://guiadebombas.com/optimizacion-de-los-sistenas-de-
bombeo-para-ahorrar-energia-electrica/
Longo, S., d’Antoni, B. M., Bongards, M., Chaparro, A., Cronrath, A., Fatone, F., Lema, J. M., Mauricio-
Iglesias, M., Soares, A., & Hospido, A. (2016). Monitoring and diagnosis of energy consumption in
wastewater treatment plants. A state of the art and proposals for improvement. Applied energy, 179,
1251-1268. https://n9.cl/kyk3l
Macias, M. (2015). Evaluación de la turbidez como indicador básico de la calidad de aguas
potabilizadas a partir de fuentes superficiales y su efecto en el proceso de potabilización del agua en
la planta de tratamiento de agua potable “cuatro esquinas” Portoviejo.
http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/26392
Molinos-Senante, M., & Guzmán, C. (2018). Benchmarking energy efficiency in drinking water treatment
plants: Quantification of potential savings. Journal of Cleaner Production, 176, 417-425.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.178
Molinos-Senante, M., & Sala-Garrido, R. (2017). Energy intensity of treating drinking water:
Understanding the influence of factors. Applied Energy, 202, 275-281.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.05.100
Molinos-Senante, M., & Sala-Garrido, R. (2019). Assessment of Energy Efficiency and Its Determinants
for Drinking Water Treatment Plants Using A Double-Bootstrap Approach. Energies, 12(4), Article 4.
https://doi.org/10.3390/en12040765
Parkinson, S. C., Makowski, M., Krey, V., Sedraoui, K., Almasoud, A. H., & Djilali, N. (2018). A multi-criteria
model analysis framework for assessing integrated water-energy system transformation pathways.
Applied Energy, 210, 477-486. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.12.142
LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, Asunción, Paraguay.
ISSN en línea: 2789-3855, septiembre, 2024, Volumen V, Número 5 p 184.
PORTOAGUA EP. (2021). Informe de Gestión Anual. https://portoaguas.gob.ec/wp-
content/uploads/2022/02/INFORME-DE-GESTION-2021-PORTOAGUAS-EP-1.pdf
Rating, A. (2017, marzo 30). El agua de Quito recibe certificación internacional. AquaRating.
https://aquarating.org/el-agua-de-quito-recibe-certificacion-internacional/
Terneus, E., & Yanez-Moretta, P. (2018). Principios fundamentales en torno a la calidad del agua, el uso
de bioindicadores acuáticos y la restauración ecológica fluvial en Ecuador. La Granja, 27(1), Article 1.
https://doi.org/10.17163/lgr.n27.2018.03
Vega, M. A. V., Ávila, D. P., & Machado, A. N. (2021). Evaluación del sistema de bombeo de agua del
campus Pepito Tey de la Universidad de Las Tunas. Opuntia Brava, 13(2), 289-302.
https://opuntiabrava.ult.edu.cu/index.php/opuntiabrava/article/view/1110
Todo el contenido de LATAM Revista Latinoamericana de Ciencias Sociales y Humanidades, publicados en este sitio está
disponibles bajo Licencia Creative Commons .
