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Selección de Tecnología y Análisis de Costos en Sistemas de Potabilización de Agua
Alberto Galvis C.Instituto Cinara, Universidad del Valle
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1996 -2001
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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%
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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
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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)
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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
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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%)
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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
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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
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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 ?
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Río Cauca
A su paso por la ciudad de Cali
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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
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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
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Modelo de CostosModelo de Costos
C = aQb
a
Q = caudal
C =
cos
tos
Escalas log - log
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Modelo de CostosModelo de Costos
c = aQ b
Q = caudalc =
cost
o un
itar
io
Escalas log - log
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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)
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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
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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
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Nombres Asociados a la Nombres Asociados a la Utilización de TecnologíaUtilización de Tecnología
ApropiadaApropiada
De Bajo CostoDe Bajo Costo
ConvencionalConvencional
No ConvencionalNo Convencional
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Concepto de SostenibilidadConcepto de Sostenibilidad
CONTEXTOCONTEXTO
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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
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Modelo de Selección de TecnologíaModelo de Selección de TecnologíaComponentes y NivelesComponentes y Niveles
ComponentesComponentes
Niveles de selecciónNiveles de selección
EconómicoEconómicoinstitucionalinstitucional
SocioSocio--culturalcultural
AmbientalAmbiental
TécnicoTécnico
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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.
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Realidad ObservaciónFormulación del
ProblemaDefinición
de Sistema
Definición de
Objetivos
Modelo
Conceptual
Modelo
Matemático
AlgoritmoPrograma de computador
(Software)
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$
Realidad
Req
uerim
ient
os d
e In
form
ació
n
Req
uerim
ient
os d
e R
ecur
sos
Prec
isió
n
Modelo
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Regiones involucradas en el Proyecto Transcol
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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
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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
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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?
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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
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Seminarios Seminarios Regionales Regionales
19991999
Cali
Santa Marta
Bogotá
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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
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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
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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.
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LenguajeLenguaje de de ProgramaciónProgramación
Lenguajes considerados
lDelphilVisual BasiclPower BuilderlVisual Fox Pro
Visual BasicVisual Basic
Criterios
lUniformidadlEficiencialPortabilidadlCurva de aprendizaje
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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
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• 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
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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
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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
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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