Las implicaciones energéticas del consumo de agua potable: algunas estimaciones. (Escrito en 2010)

Hace un par de semanas participé con una plática en un evento que la empresa Siemmens llevó a cabo en la Ciudad de México sobre el tema del agua. Fue un evento orientado a operadores de sistemas de agua y mi tema fue el de agua y ahorro de energía. Fue una reunión donde hubo interesantes presentaciones, principalmente sobre tecnología para tratamiento de agua.

Para un servidor, además de ser una oportunidad para aprender sobre estos temas, lo fue también para repasar algunos conceptos no vistos en varios años y a hacer unas cuentas que siempre había querido hacer.

El hecho es que me asomé a mis libros de turbomaquinaria y repasé algunas fórmulas básicas de la física y las utilicé para estimar cuánta energía eléctrica representa tener agua en una casa. Igualmente, revisé algunos números relacionados al consumo de energía eléctrica para el bombeo de agua en general en México. El resultado, la verdad, me sorprendió.

Para empezar calculé la energía que se requiere para el manejo de agua en una casa, estimando el trabajo (que es equivalente a energía) que toma subir una cantidad de agua a una altura dada. El valor de este trabajo es, simplemente, fuerza por distancia. En este caso, la fuerza es la que resulta de multiplicar la masa del volumen de agua por la aceleración y la distancia es la altura.

Así, tomando un volumen por día de un metro cúbico (que es lo que, más o menos, consume una familia promedio de cuatro personas en México al día) y una altura de diez metros (que es lo que tiene que subirse el agua para llegar a un tinaco en un segundo piso) me dio que se requieren 27 Wh. Esto, multiplicado por los 365 días del año, da casi 10 KWh al año. Ahora bien, si consideramos que el sistema de bombeo tiene, digamos, una eficiencia de 50%, pues esto nos da el doble de energía, es decir 20 kWh. En resumen, mover el agua en una casa puede tomar hasta 20 kWh por año, lo cual es poco significativo cuando se compara a los 1,700 kWh que, en promedio, se consumen en una casa en México.

Sin embargo si suponemos que 10 millones de hogares en México tienen necesidades de bombeo a la azotea, la cantidad agregada se convierte en 200 millones de kWh para bombear agua.

Pero lo significativo en cuanto a consumo de energía no está en ese bombeo local de agua sino en lo que resulta del hecho de que en México muchos vivimos en el altiplano o en zonas donde tenemos que extraer el agua de pozos o subirla a varios cientos de metros (como es el caso del Sistema Cutzamala, que se ubica a más de un kilómetro de distancia vertical de la Ciudad de México) pues resulta que  la distancia que sube el agua no es de 10 metros sino que varios cientos de metros. Así, lo que eran 20 kWh por casa terminan siendo hasta 2,000 kWh, el cual es un valor superior a la energía que se consume directamente en la casa.

Esto me llevó a revisar los consumos de electricidad que se registran en relación al bombeo de agua. En esta categoría se ubica el consumo para bombeo agrícola y bombeo municipal. De acuerdo a las estadísticas que publica la CFE, estos dos conjuntos de usuarios consumieron un total de 10,164 GWh en 2006.

Tabla 1. Consumo de energía eléctrica en tarifas específicas para bombeo de agua en México (2006).

Fuente: www.cfe.gob.mx

Sin embargo, existen sistemas (como el de Cutzamala) que no están contratados en tarifas de servicios sino que son usuarios en alta tensión. Haciendo un cálculo simplificado como el del agua que se sube al tinaco de una casa y sabemos que este sistema mueve cerca de 10 metros cúbicos por segundo (864,000 m3 por día) a la Ciudad de México por una altura de poco más 1,000 metros la energía eléctrica necesaria (suponiendo una eficiencia del 50%) tenemos que su consumo es de 4,700 GWh.

Sumando consumos (el de las casas, el de los sistemas agrícolas, el de los sistemas municipales y el estimado para Cutzamala) nos encontramos con un consumo que llega a cerca de 18,000 GWh. Este valor (que no incluye lo que se consume para bombeo de agua en la industria) representa cerca del 11% de consumo eléctrico nacional.

En otras palabras (y reiterando), más de una décima parte del consumo de energía eléctrica de México se dedica a mover agua verticalmente. Esto significa que se consume el equivalente a cerca de 34 millones de barriles de petróleo para que le llegue el agua a la mayoría de los mexicanos y, que, además se emitan cerca de 11 mil millones de toneladas de CO2 a la atmósfera (cerca del 2.5% de las emisiones totales de México).

Esto me lleva a pensar en las medidas que se pueden llevar a cabo para reducir el consumo de energía eléctrica y sus impactos ambientales.

1. Reducción de fugas y/o de uso innecesario de agua. Es evidente, especialmente en la Cd. de México (en la que se tiene que subir el agua más de un kilómetro) que una forma de ahorrar energía es no tirarla (cada metro cúbico desperdiciado representa cerca de 5 kWh de desperdicio de energía).

1. Tratar el agua y volver a aprovechar el agua. También en particular para la Cd. De México (aunque no solamente) el tratar el agua para volverla a aprovechar tiene un enorme sentido energético. De manera simple, el tratar 1 m3/seg ahorraría cerca de 500 GWh de energía eléctrica que ahora se utiliza en bombear el agua.

1. Hacer más eficientes los sistemas de bombeo. Aquí debo decir que utilizar un valor de 50% como eficiencia promedio es una estrategia de cálculo conservadora ya que los sistemas (en particular los agrícolas y los de municipios pobres) representan bastante menos eficiencia. Esta eficiencia se puede lograr de muchas maneras, algunas representado mejores prácticas de operación y otras representando inversiones en reparaciones y equipos más eficientes.

En fin, que también cuando tiramos el agua estamos contaminando…