SERVICIOS AMBIENTALES: EL CICLO HIDROLÓGICO (Una aproximación al costo económico)

Publicado anteriormente como

Este cuento no es ficción, no es utopía,

la versión actual integra datos estadísticos

de los sectores eléctrico e hidrocarburífero

y revisa valores sobre o subestimados

con el fin de aproximar al costo económico

de los servicios ambientales del ciclo hidrológico.

Ing. Carlos Falconí G.

Amigo/a lector/a, permítame explicarle el ciclo hidrológico. El agua se origina en la lluvia, en los

deshielos de las altas cumbres, se infiltra hacia el subsuelo, alimenta a los acuíferos, escurre por los

ríos y facilita la vida vegetal, animal y humana (también nos la puede complicar, por ejemplo, las

inundaciones). Mediante la infiltración y el escurrimiento, el agua llega al mar con minerales disueltos.

El calor del sol la evapora, el viento transporta las nubes hacia el continente o las cordilleras, el agua

se condensa y el ciclo natural se reinicia otra vez.

¡Pero eso lo sabe todo el mundo!, estará usted diciéndose. Por favor, sea paciente. ¿Sabía, mi

amable lector/a, que un litro por segundo puede abastecer a más de quinientas personas o cien

familias? Usted me dirá que depende de la cantidad de agua que se consuma. Pues bien: una

persona, en una ciudad promedio ecuatoriana, podría ser feliz con no más de ciento cincuenta litros

de agua por día, si no la desperdiciara. Se ha preguntado acaso: ¿qué tendríamos que hacer si

tuviéramos que reciclar el agua?, ¿cuánto costaría suministrar la energía que el sol provee

diariamente y que impulsa el ciclo del agua? Es probable que usted haya exclamado ¡a quién se le

ocurre, vaya pues!

La abundancia del agua es relativa. Para todos, es un recurso natural gratuito, siempre disponible

sobre la Tierra. Sin embargo, luego de utilizarla, la entregamos sucia y contaminada al medio

ambiente: el ciclo del agua es el encargado de retornarla limpia. Si la humanidad se viera precisada a

emular a la naturaleza para obtener agua, las preguntas alternativas serían: ¿cuánto costaría?; o, ¿a

cuánto asciende el daño ambiental por la contaminación del agua?

Un litro por segundo de agua (un cubo de diez centímetros por lado cada segundo) significa 31536

metros cúbicos en el año. Los calores latentes de fusión y de evaporación del agua son,

respectivamente, 80 y 540 kilocalorías por litro. Si usted multiplica cada una de estas cantidades por

el volumen antes citado (expresado en litros), obtendrá, paciente lector/a, la cantidad de energía

necesaria para fundir el hielo o evaporar el agua. La energía necesaria provendrá de los combustibles

fósiles, la generación hidroeléctrica o termoeléctrica, la quema de leña. ¡Vaya degradación ambiental

que se ocasionaría! ¡No habría poder en el mundo que la evite ni ente quien la pague!

1

Los poderes caloríficos del diesel, el gas licuado de petróleo, la madera y la energía eléctrica, son

8.39, 5.21, 1.75 y 0.86 millones de calorías por kilogramo, litro o kilovatio – hora. ¿Con cuánta

eficiencia se puede aprovechar la energía de los combustibles?: en el caso de aquellos no renovables,

hasta el 38%; si es madera, quizá un 25%; y, para la energía eléctrica, no más del 73%. A los precios

que el Estado ecuatoriano importa uno u otro combustible o suministra electricidad, el costo del agua

por metro cúbico se puede estimar1.

¡Que parece una declaración de la Asamblea Constituyente! Dejemos a los asambleístas, hombres y

mujeres, tirios y troyanos, con sus entelequias de poder. ¿Qué le parece si derretimos el hielo? ¿No?

¡Entonces, echemos más leña al fuego y evaporemos el agua! Se requerirían 5.3 y 8.6 millones de

litros de diesel y gas licuado de petróleo, respectivamente. En el caso de madera y energía eléctrica,

38.9 y 27.1 millones de kilogramos y de kilovatios – hora. Para el volumen anual de 31536 metros

cúbicos, el costo sería: para diesel y gas, 4.2 y 4.0 millones de dólares; para energía eléctrica, 2.4

millones de dólares. Si usted relaciona con el volumen anual, seguramente obtendrá los siguientes

valores por tipo de combustible: diesel, $ 132/m3; gas, $ 126/m3; energía eléctrica2, $ 76/m3. ¿No lo

puede usted creer? ¡Yo tampoco lo creía, pero, créame: lo he verificado una y otra vez!

¿Qué le parece si estimamos el costo con madera, bueno? ¡Me place haber despertado su curiosidad,

gracias por su interés! Los 38.9 millones de kilogramos de madera equivaldrían a 86.5 miles de

metros cúbicos3. Se recomienda extraer entre 20 y 25 metros cúbicos por hectárea y por año, para

explotar áreas de bosques con un aprovechamiento sostenible (le confieso mis dudas al respecto), o,

entre 3 y 10 metros cúbicos por hectárea y por año para no agotar los recursos. Necesitaríamos entre

3500 y 4300 hectáreas, en el primer caso, y, entre 8600 y 28800 hectáreas en el segundo caso. Si el

precio de un terreno forestal es de un mil doscientos dólares por hectárea4, el costo del metro cúbico

de agua reciclada podría variar entre 132 y 165 dólares (para rendimiento forestal sostenible) y entre

329 y 1097 dólares (para no agotar los recursos forestales). Y créame, en todos los casos, ¡aún

restaría añadir sales y oxígeno que el agua disuelve o absorbe a lo largo de su ciclo en la naturaleza!

¿Sabía usted que, a diciembre del 2008, la potencia efectiva instalada del Sistema Nacional

Interconectado ascendía a 4215 MWH, y, que si pudiéramos utilizar -para reciclar el agua- toda la

energía disponible aprovechable, apenas se abastecería con agua a menos de 500.000 personas en

la ciudad de Quito?5 ¿Sabía usted que la cantidad de diesel que se consumiría sería suficiente para

1 Este costo no es equiparable al que las municipalidades o las empresas de agua cobran por concepto de tarifa, que generalmente incluye operación y mantenimiento y sólo ocasionalmente la depreciación de activos o la recuperación de la inversión. Los proveedores del servicio potabilizan el agua. En el artículo se expone el costo de destilar para reciclar el agua, emulando al ciclo hidrológico (al menos en parte). 2 La energía eléctrica es un combustible más limpio, por lo que, en general, el costo debería ser mayor. Esto ocurre por la política de subsidio al sector eléctrico en el Ecuador. 3 Densidad adoptada de la madera: 0,45 T/m3

4 En Ecuador, este valor varía entre $800 y $1400 por hectárea- Referencia: Ing. Charles Jordan, enero 2010. 5 Proyección demográfica al 2010, 1`640.478 habitantes en el sector urbano de Quito. Referencia: http://www4.quito.gov.ec/mapas/indicadores/proyeccion_zonal.htm.

2

hacer funcionar, ininterrumpidamente, durante casi cuatro años a un vehículo de 450 caballos de

potencia, si ello fuera posible?

Amigo/a lector/a, este cuento no es ficción, no es utopía. La próxima vez que abra la ducha para

bañarse, cuando lave su vajilla, su auto o vacíe su piscina (¡Dios no lo permita!), ¡por favor, piénselo!

REFERENCIAS:

1. BANCO CENTRAL DEL ECUADOR. Estadísticas hidrocarburíferas: importación de derivados del

petróleo, años 2004 a 2008. Ecuador.

2. CONELEC. Boletines Estadísticos del Sector Eléctrico, años 2004 a 2008. Ecuador

3. GENGEL, Y. & BOLES, M. Thermodynamics: An Engineering Aproach, Third Edition. McGraw-

Hill, 1998.

4. NEALSON, M. El aprovechamiento de las tierras tropicales en América Latina, pág. 30. Siglo XXI

Editores, México 1977.

3

CÁLCULOS TÍPICOS

Caudal Q = 1 l/s = 0.001 m3/s

Volumen anual equivalente:

añom

añod

ds

smV

3331536365*86400*001.0 ==

Cantidad de energía necesaria para evaporar el agua:

• Calor latente de vaporización Qv 539,77 Kcal/l o Mcal/m3

añoTcal

añoMcal

mMcal

añomQVE

VV17187.022`1777,539*31536* 3

3====

Poderes caloríficos inferiores de combustibles:

• Diesel 0,003300230 TEP6/galón7 8,39 Mcal/Kg

• GLP8 0,00204680 TEP/galón 5,21 Mcal/l

• Madera 0,18209 TEP/Ton10 1,75 Mcal/Kg

• KWH 3,6 MJ 0,86 Mcal/KWH11

• TEP 40.300 MJ12

• Mcal 4,186 MJ

Cálculo de la cantidad de combustible necesaria (GLP):

litrosl

McalMcal

combefPE

MC

VCOMB

_868.597`838,0*21,5

059.022`17._%*

===

Precio de combustibles (límites de confianza de la media13 95%):

Se adoptan los límites superiores de confianza de la media del cuadro 2:

• GLP 0,4637 $/l

• Diesel 0,7784 $/l

• KWH 0,0880 $/KWH

Costo del combustible (GLP):

• añoGLPlañoGLPl $889.986`3_

$4637,0*_868.597`8 =

6 TEP, Tonelada Equivalente de Petróleo. 7 Galón, 3,785 litros. 8 GLP, Gas licuado de petróleo. 9 Poder calorífico del bagazo de caña. 10 Densidad media de la madera asumida: 0,45 T/m3

11 KWH, Kilowatio-hora. 12 KCal, Kilocaloría, K Kilo = 103; MJ, Megajoule, Mega = 106

13 Promedio ponderado.

4

Costo de producción (GLP):

• 33$126

536.31

$889.986'3

__

maño

maño

anualVolumenecombustiblCosto

==

Cuadro 1 Volúmenes de explotación forestal por hectárea: RENDIMIENTO FORESTAL

(m3/ha) AREA FORESTAL

(ha/año) VOLÚMENES DE EXPLOTACIÓN, ESCENARIOS L. inferior L. superior A. máxima A. mínima

Volumen de existencia en crecimiento respecto al total de bosques

105 823

Volumen comercial técnicamente disponible 15 60 5,764 1,441 Volumen explotable para rendimiento sostenible 20 25 4,323 3,458

Volumen explotable para no agotar los recursos 3 10 28,820 8,646

* A partir de Nealson, M. El aprovechamiento de las tierras tropicales en América Latina, pág. 30. Siglo XXI Editores, México 1977

Reciclaje del agua con aprovechamiento de energía eléctrica:

• Potencia efectiva SIN 4215 MW

• Energía disponible 16153 GWH

• Equivalente calórico anual 13892 Tcal14

• Energía necesaria Volumen equivalente anual 1 l/s 17 Tcal

• Volumen potencial a reciclar de agua: 33 _303.736`25_31536*

_1773,0*_13892_*

1___._%*_ mm

TcalTcalEquivVol

sleEquivalentVolumenEnergía

eficcalóricoEquiv==

• Número potencial de personas a abastecer (150 l/h/d):

( )teshabi

dhm

añod

añom

DotaciónañodíasNreciclablepotVol tan_000.470

*3150,0*365

303.736`25

*__º__

3

≈=

Cálculo del tiempo de funcionamiento de un vehículo a diesel (densidad 0,85

Kg/dm3)15:

• Potencia 450 HP16

336 KW = 336 KJ/s * 3600 s/h = 1`208.034 KJ/h

• Poder calórico 8,39 Mcal/Kg

35,12 MJ/Kg

≈35.120 KJ/Kg

≈29.850 KJ/dm3

14 G, Giga, 109; T, Tera, 1012. 15 Eficiencia de combustión 30%. 16 1 HP = 0,7457 KW.

5

6

Estimación del tiempo de funcionamiento:

• Horas (tiempo) de funcionamiento

• Cantidad de combustible (reciclaje agua) 5`339.081 Kg Diesel

4`538.219 l Diesel

• Consumo horario de combustible

• Flujo calórico

hl

hdm

dmKJ

hKJ

calorificoPodercalóricoFlujo 135135

850.29

780.026`4

__ 3

3

===

añosd

hdañoh

hl

l _84,324*365

_1*33616135

_219.538`4==

hKJh

KJ780.026`4

30,0

034.2081̀=

COMBUSTIBLE ESTADISTICOS UNIDAD 2008 2007 2006 2005 2004 L. Conf. 95% Prom. Ponder.

Volumen importado

miles de barriles

9,286

9,700

8,432

8,013

7,159

0.3590±0.1047

Costo importación

miles de dólares

665,969

634,517

477,876

375,293

277,178

GLP

Costo importación diesel

$/litro

0.4511

0.4115

0.3565

0.2946

0.2436

Volumen importado

miles de barriles

11,160

11,845

11,325

8,122

5,540

0.5744±0.2040

Costo importación

miles de dólares

1,405,611

1,082,695

949,905

648,293

295,702

DIESEL

Costo importación diesel

$/litro

0.7923

0.5750

0.5276

0.5021

0.3358

Total consumo

MWH

12,302,826

11,582,626

11,005,170

10,262,064

8,692,257

0.0842±0.0037

Total facturación

miles de dólares

1,012,092

976,752

925,167

843,577

778,582

KWH

Precio medio

$/KWH

0.0823

0.0843

0.0841

0.0822

0.0896

Cuadro 2 Ecuador: Precios de combustibles importados (límites de confianza 95%, promedio histórico ponderado)

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