Estado del arte de los costos de toneladas de carbono equivalente para ser incluidos en diseños multiobjetivo de sistemas hidráulicos urbanos

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TESIS DE MAESTRÍA (Tesis 02)

ESTADO DEL ARTE DE LOS COSTOS DE TONELADAS DE CARBONO

EQUIVALENTE PARA SER INCLUIDOS EN DISEÑOS MULTIOBJETIVO DE

SISTEMAS HIDRÁULICOS URBANOS

Andrés David Ariza Mesa

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

ENERO, 2022

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AGRADECIMIENTOS

A Dios,

a mis papás y mi hermano por su apoyo incondicional en todo este proceso,

a mi asesor Juan Saldarriaga por su guía y dedicación,

y a todos los que aportaron con ideas, información y asesoramiento para culminar este trabajo,

Gracias

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Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Estado del arte de los costos de toneladas de carbono equivalente para ser
incluidos en diseños multiobjetivo de sistemas hidráulicos urbanos

ICYA 4213-2021 20

Andrés D. Ariza M.

Tesis II

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 9

1.1.

Introducción ...................................................................................................................................... 9

1.2.

Objetivos ......................................................................................................................................... 11

1.2.1.

Objetivo General ........................................................................................................................ 11

1.2.2.

Objetivos Específicos ................................................................................................................. 11

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................. 12

2.1

Determinantes de impacto ambiental .............................................................................................. 12

2.1.1.

Carbono equivalente .................................................................................................................. 12

2.1.2.

Análisis de Ciclo de Vida ........................................................................................................... 13

2.1.3.

Huella de carbono ...................................................................................................................... 16

2.2.

Sistemas hidráulicos urbano ........................................................................................................... 17

2.2.1.

Tipos de sistemas hidráulico urbano .......................................................................................... 18

2.2.2.

Materiales ................................................................................................................................... 19

2.2.3.

Métodos de instalación ............................................................................................................... 26

MARCO METODOLÓGICO ................................................................................................................... 31

3.1.

Establecimiento del estado del arte ................................................................................................. 32

3.2.

Planteamiento de caso de estudio ................................................................................................... 32

3.3.

Modelación computacional ............................................................................................................. 33

ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................................... 34

4.1.

Emisiones de CO

por etapas de ciclo de vida en sistemas hidráulicos urbanos ............................ 34

4.1.1.

Fabricación y manufactura ......................................................................................................... 34

4.1.2.

Transporte .................................................................................................................................. 39

4.1.3.

Instalación .................................................................................................................................. 42

4.1.4.

Operación ................................................................................................................................... 48

4.1.5.

Disposición y/o reutilización ..................................................................................................... 51

4.1.6.

Resultados generales de Análisis de Ciclo de Vida ................................................................... 52

CASO DE ESTUDIO ................................................................................................................................ 58

5.1.

Ubicación ........................................................................................................................................ 58

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Tesis II

5.2.

Selección de materiales ................................................................................................................... 59

5.3.

Determinación de variables base .................................................................................................... 60

MODELACIÓN DE CASO DE ESTUDIO .............................................................................................. 62

6.1.

Fabricación ...................................................................................................................................... 62

6.1.1.

Acero .......................................................................................................................................... 62

6.1.2.

Concreto ..................................................................................................................................... 66

6.1.3.

PVC ............................................................................................................................................ 69

6.1.4.

Escenario de PVC reciclado ....................................................................................................... 73

6.1.5.

HDPE ......................................................................................................................................... 75

6.1.6.

PP ............................................................................................................................................... 77

6.1.7.

DI ............................................................................................................................................... 79

6.2.

Transporte ....................................................................................................................................... 80

6.3.

Instalación ....................................................................................................................................... 81

6.4.

Operación ........................................................................................................................................ 85

6.4.1.

Escenario 1 – Sistema con bombeo ............................................................................................ 85

6.4.2.

Escenario 2 – Mantenimiento del sistema .................................................................................. 90

6.5.

Reciclaje .......................................................................................................................................... 92

RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................................................................................. 94

7.1.

Fabricación ...................................................................................................................................... 94

7.2.

Transporte ....................................................................................................................................... 97

7.3.

Instalación ....................................................................................................................................... 99

7.4.

Operación ...................................................................................................................................... 102

7.5.

Reciclaje ........................................................................................................................................ 104

7.6.

Resultados generales ..................................................................................................................... 106

7.7.

Compensación ............................................................................................................................... 110

CONCLUSIONES .................................................................................................................................. 114

RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 117

10.

REFERENCIAS ................................................................................................................................ 118

11.

ANEXOS ........................................................................................................................................... 124

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Marco de referencial del ACV. Tomado de: ICONTEC. (2007). ................................................ 14

Ilustración 2. Tuberías de hierro dúctil. Tomado de: PAM. (2021). .................................................................. 20

Ilustración 3. Tuberías de concreto. Tomado de: Argos. (2020). ...................................................................... 21

Ilustración 4. Tuberías de Arcilla Vitrificada. Tomado de: Jannone. (S,f). ....................................................... 22

Ilustración 5. Tuberías de PVC. Tomado de: PAVCO. (2019). ......................................................................... 23

Ilustración 6. Tuberías de HDPE. Tomado de: PAVCO. (2019). ...................................................................... 23

Ilustración 7. Tuberías de Acero. Tomado de: Accesorios de Bridas. (2019). .................................................. 24

Ilustración 8. Tuberías de Polipropileno. Tomado de: Todo Ferretería. (2019). ............................................... 25

Ilustración 9. Tuberías de FRP. Tomado de: Cosmos. (S,f). ............................................................................. 26

Ilustración 10. Proceso de instalación a cielo abierto. Tomado de: Alarcón, J., & Pacheco, J. (2014). ............ 27

Ilustración 11. Esquema de proceso de Pipe bursting. Tomado de: Pinzón, J. (2011). ..................................... 28

Ilustración 12. Esquema de proceso de Hincado de tuberías. Tomado de: Yepes, V. (2015). .......................... 29

Ilustración 13. Esquema de proceso de perforación con tornillos Sin-fin. Tomado de: Perforaciones e

Ingeniería. (2015). ..................................................................................................................................... 29

Ilustración 14. Esquema de proceso de Tuberías curadas in situ. Tomado de: Hidrotec. (2016). ..................... 30

Ilustración 15. Esquema de proceso de Perforación horizontal dirigida. Tomado de: Brightway. (2018). ....... 30

Ilustración 16. Esquema de metodología general de la investigación ............................................................... 31

Ilustración 17. Esquema de proceso para establecer el estado del arte .............................................................. 32

Ilustración 18. Esquema de datos base para el caso de estudio ......................................................................... 33

Ilustración 19. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Piratla et al. (2012) ........................ 52

Ilustración 20. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Du et al. (2013) .............................. 53

Ilustración 21. Resultados de categorías de impacto ambiental reportados por Petit-Boix et al. (2015) ........... 54

Ilustración 22. Resultados de categorías de impacto ambiental reportados por Vahidi et al. (2015) ................ 55

Ilustración 23. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Chilana et al. (2016) ...................... 55

Ilustración 24. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Nandyala et al. (2019) ................... 56

Ilustración 25. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Alsadi et al. (2020b) ...................... 57

Ilustración 26. Vista satelital del punto de localización del caso de estudio ..................................................... 58

Ilustración 27. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de Acero .............................................. 63

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Ilustración 28. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de Concreto .......................................... 68

Ilustración 29. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de PVC ................................................ 71

Ilustración 30. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de HDPE .............................................. 76

Ilustración 31. Interfaz principal del programa Trenchless-Technology-Calculator ......................................... 81

Ilustración 32. Geometría de la zanja general para todos los materiales ........................................................... 82

Ilustración 33. Tabla de presentación de resultados con método de instalación a cielo abierto ........................ 84

Ilustración 34. Tabla de presentación de resultados con método de Pipe bursting ............................................ 85

Ilustración 35. Esquema de transporte del camión tipo Vactor ......................................................................... 91

Ilustración 36. Esquema de transporte de reciclaje - Concreto .......................................................................... 93

Ilustración 37. Esquemas de transporte de reciclaje – PVC, HDPE y PP (Izquierda) – Acero y DI (Derecha) 93

Ilustración 38. Resultados E. Fabricación - D:250 mm ..................................................................................... 95

Ilustración 39. Resultados E. Fabricación - D:350 mm ..................................................................................... 95

Ilustración 40. Resultados E. Fabricación - D:700 mm ..................................................................................... 96

Ilustración 41. Resultados E. Fabricación - D:900 mm ..................................................................................... 96

Ilustración 42. Resultados E. Transporte - D:250 mm ....................................................................................... 98

Ilustración 43. Resultados E. Transporte - D:350 mm ....................................................................................... 98

Ilustración 44. Resultados E. Transporte - D:700 mm ....................................................................................... 98

Ilustración 45. Resultados E. Transporte - D:900 mm ....................................................................................... 98

Ilustración 46. Resultados E. Instalación - D:250 mm .................................................................................... 100

Ilustración 47. Resultados E. Instalación - D:350 mm .................................................................................... 100

Ilustración 48. Resultados E. Instalación - D:700 mm .................................................................................... 101

Ilustración 49. Resultados E. Instalación - D:900 mm .................................................................................... 101

Ilustración 50. Resultados E. Operación - D:250 mm ..................................................................................... 103

Ilustración 51. Resultados E. Operación - D:350 mm ..................................................................................... 103

Ilustración 52. Resultados E. Operación - D:700 mm y 900 mm .................................................................... 103

Ilustración 53. Resultados E. Reciclaje - D:250 mm ....................................................................................... 105

Ilustración 54. Resultados E. Reciclaje - D:350 mm ....................................................................................... 105

Ilustración 55. Resultados E. Reciclaje - D:700 mm ....................................................................................... 106

Ilustración 56. Resultados E. Reciclaje - D:900 mm ....................................................................................... 106

Ilustración 57. Resultados de emisiones totales de tuberías de 250 mm ......................................................... 107

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Ilustración 58. Resultados de emisiones totales de tuberías de 350 mm ......................................................... 108

Ilustración 59. Resultados de emisiones totales de tuberías de 700 mm ......................................................... 109

Ilustración 60. Resultados de emisiones totales de tuberías de 900 mm ......................................................... 109

Ilustración 61. Compensación de huella de carbono según norma colombiana .............................................. 112

Ilustración 62. Compensación de huella de carbono según norma europea .................................................... 112

Ilustración 63. Compensación de huella de carbono según promedio mundial ............................................... 113

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Ventajas y desventajas del método de instalación a cielo abierto ........................................................ 27

Tabla 2. Nomenclatura de materiales ................................................................................................................. 34

Tabla 3. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de fabricación ........................................................... 35

Tabla 4. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de transporte ............................................................. 40

Tabla 5. Nomenclatura de métodos de instalación ............................................................................................ 42

Tabla 6. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de instalación ........................................................... 43

Tabla 7. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de operación ............................................................. 49

Tabla 8. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de disposición final .................................................. 51

Tabla 9. Resultados de emisiones y costos de CO

reportados por Khan, L., & Tee, K. (2015) ....................... 53

Tabla 10. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Hajibabaei et al. (2019) ......................... 56

Tabla 11. Aspectos incluidos y excluidos de cada etapa de análisis .................................................................. 61

Tabla 12. Cálculos de peso y consumo energético para la producción de tuberías de Acero ............................ 62

Tabla 13. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – Acero ......... 64

Tabla 14. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm - Acero .......... 64

Tabla 15. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de Acero ........ 64

Tabla 16. Mix de energía montado en Simapro ................................................................................................. 65

Tabla 17. Datos de peso y volumen de concreto y acero requeridos para la fabricación de los ductos ............ 66

Tabla 18. Datos de consumo energético y de agua para la producción de concreto .......................................... 67

Tabla 19. Consumo energético y de agua para la producción de los tramos totales según el diámetro ............ 67

Tabla 20. Consumo energético para la producción del acero de refuerzo ......................................................... 67

Tabla 21. Resultados de la estimación de tKm según la ruta y para diámetros de 250 y 350 mm – Concreto . 67

Tabla 22. Resultados de la estimación de tKm según la ruta y para diámetros de 700 y 900 mm – Concreto . 68

Tabla 23. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de Concreto ... 69

Tabla 24. Peso total del tramo de tuberías según el diámetro - PVC ................................................................. 69

Tabla 25. Insumos para la fabricación de resina de PVC según el diámetro ..................................................... 70

Tabla 26. Consumo energético y de combustibles para la producción total tuberías de PVC según fabricante 70

Tabla 27. Consumo energético y de combustibles para la fabricación de tuberías de PVC según el diámetro . 70

Tabla 28. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – PVC ........... 71

Tabla 29. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm – PVC ........... 72

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Tabla 30. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de PVC .......... 72

Tabla 31. Distribución de peso de materiales para la fabricación de tuberías de PVC - Escenario de reciclaje74

Tabla 32. Insumos para la fabricación de resina de PVC según el diámetro – Escenario de reciclaje .............. 74

Tabla 33. Determinación de variables de transporte desde punto de fabricación hasta punto de instalación ... 80

Tabla 34. Profundidades de punto inicial y final del sistema ............................................................................ 82

Tabla 35. Especificaciones para el cálculo del ancho (B) de la zanja según el material ................................... 83

Tabla 36. Valores del ancho de zanja (B) según el diámetro y el material ........................................................ 84

Tabla 37. Variables base del sistema para el escenario con bombeo ................................................................. 85

Tabla 38. Coeficientes de rugosidad de los materiales ...................................................................................... 86

Tabla 39. Resultados del cálculo del caudal máximo a transportar en las tuberías ........................................... 87

Tabla 40. Potencia total de consumo energético por bombeo según el material – D:250 mm .......................... 89

Tabla 41. Potencia total de consumo energético por bombeo según el material – D:350 mm .......................... 89

Tabla 42. Descripción de consumo energético y de combustible en el proceso de mantenimiento .................. 92

Tabla 43. Especificación de selección de procesos en SimaPro para el mantenimiento ................................... 92

Tabla 44. Estimación de distancias de transporte de materiales hasta el punto de aprovechamiento ................ 93

Tabla 45. Resultados de emisiones en la Etapa de Fabricación ......................................................................... 94

Tabla 46. Resultados de emisiones en la Etapa de Transporte .......................................................................... 97

Tabla 47. Resultados de emisiones en la Etapa de Instalación .......................................................................... 99

Tabla 48. Resultados de emisiones en la Etapa de Operación ......................................................................... 102

Tabla 49. Resultados de emisiones en la Etapa de Reciclaje ........................................................................... 104

Tabla 50. Resultados de totales de emisiones .................................................................................................. 106

Tabla 51. Resultados comparativos de costos de compensación ..................................................................... 111

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ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Interfaz de procesos en SimaPro ...................................................................................................... 124

Anexo 2. Proceso productivo de recuperación de PVC. Fuente: Empresa del sector ...................................... 124

Anexo 3. Clasificación del tipo de vehículo según su carrocería y capacidad de transporte. Fuente: Oak Ridge

National Laboratory (2000) ..................................................................................................................... 125

Anexo 4. Interfaz de selección de método de configuración de cálculo en SimaPro ...................................... 125

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1. INTRODUCCIÓN

1.1. Introducción

Actualmente,  el  calentamiento  global  está  siento  contemplado  con  preocupación  por  todas  las
naciones y sociedades, pues representa un riesgo para el correcto desarrollo de la vida en la Tierra.
Este  fenómeno  ocurre  debido  a  la  emisión  desmesurada  de  gases  de  efecto  invernadero.  La
concentración de estos gases en la atmósfera ha provocado que la radiación infrarroja sea atrapada,
evitando que esta sea emitida al exterior del planeta. Es decir, se crea calentamiento sobre la superficie
terrestre causando un incremento sin precedentes de la temperatura del planeta, por ende, también se
afecta la dinámica climática (Minambiente. 2020). Algunas de las consecuencias de tal anomalía son
el descongelamiento de los glaciares polares, sequías prolongadas, la extinción de especies animales
y  vegetales,  inundaciones  irregulares,  hectáreas  de  bosques  incendiadas,  el  acrecentamiento
desmesurado del nivel del mar, carencia de recursos naturales y diferentes implicaciones para la salud
humana (UNHCR. 2018). Por estas razones, en las ultimas décadas se ha pensado en la forma de
reducir las emisiones de este tipo de gases como lo son el dióxido de carbono (CO

), metano (CH

óxido nitroso (N

O), ozono troposférico, vapor de agua y compuestos halogenados; ya que en su

mayoría son producidos a partir de actividades antropogénicas y resultan ser de alta toxicidad para el
medio ambiente y para el ser humano (IDEAM. 2007).

Paralelamente, otra problemática de gran importancia, que se agudiza con el calentamiento global, es
la  dificultad  al  acceso  a  agua  limpia  y  segura.  En  los  últimos  años  se  han  unido  esfuerzos
gubernamentales a nivel mundial, con el fin de mejorar el acceso a este recurso. Sin embargo, para
2015 cerca de 844 millones de personas, aún carecerían, incluso, de agua potable básica (PNUD.
2020). Por lo anterior, y en busca de solucionar de forma multilateral, la mayoría de los problemas
que enfrenta hoy en día la humanidad, en diferentes naciones se trabaja con base en el cumplimiento
de  los  Objetivos  de  Desarrollo  Sostenible  propuestos  por  las  Naciones  Unidas.  Dentro  de  estos
objetivos, la ingeniería hidráulica (que es la encargada del diseño, construcción y operación de obras
relacionadas con el manejo del agua) cumple un papel fundamental, ya que se relaciona directamente
con los objetivos 6, 9, 10, 11 y 13; que corresponden directamente a agua limpia y saneamiento;
industria,  innovación  e  infraestructura;  reducción  de  las  desigualdades;  ciudades  y  comunidades
sostenibles y acción por el clima. Por lo anterior, surge la necesidad de avanzar en el desarrollo de la
ingeniería, con el fin de que la sostenibilidad sea un área del conocimiento globalizada, para que de
este modo cumpla con las diferentes necesidades humanas (PNUD. 2020).

Sumado a esto, la ingeniería hidráulica en Colombia es un campo que ha estado ligado al constante
avance e innovación -esto en palabras de la Sociedad Colombiana de Ingeniería (2019)-. Lo anterior,
hace referencia a que, hoy en día, se está buscando que nuestro país sea un referente de globalización
y adaptación en esta materia de conocimiento. Estos avances en ingeniería aportarían soluciones
aplicadas por medio de profesionales que sean conscientes del impacto económico, social, ambiental,

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cultural y de seguridad que rodea nuestro entorno. Por lo tanto, la investigación en recursos hídricos
puede buscar soluciones eficaces, acertadas y con un componente de conciencia medioambiental que
esté ligado al hecho que vivimos en un país que sobrepasa en casi seis veces el rendimiento hídrico
promedio  mundial  y  en  más  de  dos  veces  el  rendimiento  latinoamericano  (IDEAM.  2014).  Esto
permite pensar en los grandes beneficios que tiene Colombia en comparación con el resto de los países
del mundo. Sin embargo, se ha demostrado que la forma en la cual se trata este recurso no es la mejor,
a pesar de la gran oferta existente de recursos hídricos. Pues solo el 35% del área rural del país cuenta
con sistemas de abastecimiento y la cobertura de alcantarillado es menor al 15% (Camacho, L. 2020).
A su vez, dentro de los esfuerzos de avance de la ingeniería hidráulica se ha venido contemplando la
implementación  de  nuevas  tecnologías  para  el  diseño,  instalación,  renovación  y  rehabilitación  de
sistemas hidráulicos urbanos. Esto con el fin de que día a día, sean procesos con mayor factibilidad
de ejecución en cuanto a los aspectos económicos, un mejor rendimiento y, por supuesto, con menor
huella de carbono. Esto último genera una pregunta de investigación enfocada en la forma en la que
se  pueden  incluir  los  efectos  de  la  estimación  de  carbono  equivalente  dentro  de  un  diseño
multiobjetivo  de  sistemas  hidráulicos.  En  ese  orden  de  ideas,  surge  la  necesidad  de  establecer  el
estado  del  arte  de  la  implementación  de  estas  tecnologías  e  identificar  la  forma  en  la  cual  los
beneficios antes mencionados pueden ser también tenidos en cuenta dentro de las redes urbanas. Esto
puede  ser  aplicado  a  funciones  en  métodos  de  optimización  multiobjetivo  que  incluyan  la
cuantificación de precios constructivos, como lo realizado por Aguilar, A (2019). En suma, estos
costos  pueden  ser  tenidos  en  cuenta  al  momento  de  utilizar  algoritmos  que  estudian  la  forma  de
potenciar el diseño de redes de distribución de agua, como el propuesto por Saldarriaga et al, (2020)
y  de  tal  forma  evaluar  las  mejores  alternativas  de  aplicación  de  estos  sistemas  junto  con  un
componente de cuantificación de carbono equivalente.

Por otro lado, la determinación de la huella de carbono en sistemas hidráulicos se puede llevar a cabo
a partir de un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) de los materiales. Este último se puede ejecutar por
medio de la clasificación de materiales que se utilizan en este tipo de redes y a partir de ahí, se realiza
la estimación de las emisiones de CO

equivalente de cada una de las etapas de vida. Estas fases pasan

por  la  fabricación,  transporte,  instalación,  uso  y  disposición  final  de  cada  material,  por  lo  que
representan todo su potencial de vida útil. Y según el alcance del estudio que se pretenda plantear,
estas pueden ser estudiadas completa o parcialmente. Dentro de las variaciones que se pueden aplicar
en el planteamiento de los diferentes sistemas está el uso, diámetro, presión interna, longitud y tiempo
de operación. Además, esto permite que los escenarios que se pueden estudiar con esta metodología
sean múltiples. Es por esto que, con la presente tesis de investigación, se busca construir un referente
del estado actual de la contemplación de costos de toneladas de carbono equivalente en la ejecución
de diseños multiobjetivo de sistemas hidráulicos urbanos. Lo anterior por medio de la constitución
del estado del arte sobre análisis de ciclo de vida en este tipo de redes, con el planteamiento de un
caso  de  estudio  y  haciendo  uso  del  software  computacional  Simapro  para  realizar  comparaciones
válidas a lo largo del ciclo de vida de diferentes materiales utilizados en sistemas hidráulicos urbanos.

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1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo General

Determinar los costos de toneladas de carbono equivalente al momento de la ejecución de diseños
multiobjetivo de sistemas hidráulicos urbanos, por medio de un análisis de ciclo de vida, para de tal
forma establecer un punto comparativo en la selección de diseños de redes.

1.2.2. Objetivos Específicos

• Realizar una exhaustiva búsqueda bibliográfica sobre el estado del arte del análisis de ciclo

de vida de sistemas hidráulicos urbanos.

• Identificar los principales avances tecnológicos a nivel nacional e internacional que han

permitido la reducción de emisiones de carbono equivalente a lo largo del ciclo de vida de
sistemas hidráulicos.

• Establecer un caso de estudio que pueda ser evaluado por medio del uso de herramientas

computacionales, para establecer un punto comparativo entre materiales utilizados para la
construcción de sistemas hidráulicos urbanos.

• Comparar de forma cualitativa y cuantitativa la posible ejecución de diferentes diseños

hidráulicos a partir de los resultados obtenidos en la modelación computacional y según sus
emisiones de carbono equivalente.

• Reconocer el impacto medioambiental y los costos monetarios relacionados con las

emisiones de carbono equivalente que se generan al realizar la instalación de diferentes
sistemas de redes hidráulicas.

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2. MARCO TEÓRICO

2.1 Determinantes de impacto ambiental

Para entender la importancia y el alcance que comprende la estimación del impacto ambiental en
diferentes escenarios, es significativo entender ciertas definiciones base y las normativas vigentes con
las cuales gran cantidad de países alrededor del mundo se rigen y enmarcan la forma en la cual se
deben realizar las estimaciones, así como, las alternativas de presentación de resultados. Por lo cual,
a continuación, se definen los siguientes términos clave:

2.1.1. Carbono equivalente

Cuando se habla de carbono equivalente, según la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., (en
adelante EPA por sus siglas en inglés) (2020), este corresponde a un cálculo por medio del cual se
puede hacer una conversión de equivalencias de gases de efecto invernadero (GEI) a dióxido de
carbono (CO

) y posteriormente, en caso de ser necesario, se puede obtener un ponderado en cuantías

económicas correspondientes al impacto generado. Por lo tanto, de esta forma es posible evaluar la
factibilidad de un proyecto en especifico, tanto por las emisiones de GEI que genera como por los
costos monetarios arraigados a estas.
Las emisiones pueden presentarse en términos del uso de emisiones marginales de CO

promedio y

pueden variar según la equivalencia de unidades por medio de la cual se establezcan las mediciones.
La EPA (2020) establece algunas unidades de referencia que varían según el cálculo específico y que
comprende el sistema determinado para EE. UU, estas son las siguientes:

• Reducciones de electricidad (Kilovatios-hora): Toneladas de CO

/kWh.

• Galones de gasolina consumida: Toneladas de CO

/Galón de gasolina.

• Galones de diésel consumido: Toneladas de CO

/Galón de diésel.

• Pasajeros de vehículo por año: Toneladas de CO

/Vehículo/año.

• Millas conducidas por un vehículo de pasajeros promedio: Toneladas de CO

/milla.

• Termas y mfc (mil pies cúbicos) de gas natural: Toneladas de CO

/Terma o Toneladas de

/mfc.

• Barriles de petróleo consumidos: Toneladas de CO

/Barril.

• Camisones cisterna con gasolina: Toneladas de CO

/Tanque de camión.

• Número de bombillas incandescentes cambiadas a bombillas de diodos emisores de luz:

Toneladas de CO

/Bombilla reemplazada.

• Uso de electricidad en el hogar: Toneladas de CO

/Hogar.

• Uso de energía en el hogar: Toneladas de CO

/Hogar.

• Número de árboles urbanos cultivados durante 10 años: Toneladas de CO

/Árbol plantado.

• Acres de bosques de EE. UU., que almacenan carbono durante un año: Toneladas de CO

capturado/Hectárea/Año.

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• Acres de bosque de EE. UU., preservados de la conversión a tierras de cultivo: Toneladas de

capturado/Acre/Año.

• Cilindros de propano utilizados para barbacoas caseras: Toneladas de CO

/Cilindro.

• Vagones de carbón quemados: Toneladas de CO

/Vagón.

• Libras de carbón quemadas: Toneladas de CO

/Libra de carbón.

• Toneladas de residuos reciclados en lugar de dispuestos en vertederos: Toneladas de CO

Equivalente/Tonelada de material reciclado.

• Número de camiones de basura de residuos reciclados en lugar de vertidos: Toneladas de CO

Equivalente/Camión.

• Bolsas de basura recicladas en lugar de dispuestas en vertederos: Toneladas de CO

Equivalente/Bolsa.

• Emisiones de centrales eléctricas de carbón durante un año: Toneladas de CO

Equivalente/Planta de energía.

• Número de aerogeneradores en funcionamiento durante un año: Toneladas de CO

capturado/Año/Turbina de viento instalada.

• Número de teléfonos inteligentes cargados: Toneladas de CO

Equivalente/Celular cargado.

Las anteriores unidades son ejemplos específicos de las diferentes mediciones ya sean de consumo
energético, de uso de combustibles o de captura de carbono, por medio de las cuales se puede
presentar una estimación de carbono equivalente. Por lo tanto, estas unidades pueden variar y ser
ajustadas según el caso de estudio que se plantee.

2.1.2. Análisis de Ciclo de Vida

Un  Análisis  de  Ciclo  de  Vida  (ACV)  es  un  proceso  mediante  el  cual  se  recopila  información
concerniente a los aspectos e impactos ambientales que tiene un producto a lo largo de todo su ciclo
de vida, es decir, que se puede abarcar desde el momento de la adquisición de materias primas para
su  fabricación,  hasta  el  final  de  su  vida  útil  donde  se  consideran  opciones  de  disposición  final  o
reutilización  de  este.  El  ACV  comprende  variables  referentes  a  la  utilización  de  recursos,  las
emisiones y vertimientos generados, el uso de energía y demás variables que impliquen la generación
de impactos en diferentes áreas ya sean ambientales, de salud pública, entre otras (ICONTEC. 2007).

Las principales etapas que comprenden este análisis según Puig et al. (1999) son:

• Adquisición de materias primas: Comprende las actividades y procesos necesarios para la

obtención y/o extracción de recursos necesarios para la fabricación. A su vez, se tiene en
cuenta el transporte que requieran estas materias primas previo a la producción.

• Fabricación: Son las actividades llevadas a cabo para convertir las materias primas y energía

en el producto final. Es decir que tiene en cuenta las diferentes etapas y subproductos
generados en la cadena de producción.

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• Transporte: Se trata del traslado desde el punto de fabricación hasta el cliente final. Es decir

que comprende el análisis de distancias recorridas y la utilización energética o de combustible
que requiera el medio de transporte.

• Uso, reutilización y mantenimiento: En esta etapa se tiene en cuenta el tiempo y recursos

necesarios para la utilización del producto y demás actividades que se requieran durante este
periodo como reparaciones, mantenimientos y demás según el caso específico.

• Reciclaje y gestión de residuos: durante esta etapa se tiene en consideración que al final de

la vida útil, el material puede ser reutilizado o dispuesto como un residuo, según las
características del caso de estudio. A su vez, comprende la gestión de residuos generados en
el resto de subetapas.

La realización de este tipo de análisis se basa y se regula a nivel internacional por el grupo de Normas
ISO 14040. A continuación, se presenta una síntesis de cada una de ellas:

ISO 14040 – Análisis de ciclo de vida, principios y marco de referencia

Esta norma técnica establece un marco de referencia para la ejecución y posterior evaluación de un
ACV,  teniendo  en  cuenta  desde  el  planteamiento  inicial  del  propósito,  hasta  la  interpretación  de
resultados.  Por  ende,  el  proceso  a  seguir  en  este  tipo  de  metodologías  es  el  representado  en  la
Ilustración 1:

Ilustración 1. Marco de referencial del ACV. Tomado de: ICONTEC. (2007).

1. Definición de objetivos y alcance: En este paso de se realiza el planteamiento de los

objetivos; desde las razones que incitaron la investigación, hasta los resultados que se espera
obtener. A su vez, es primordial realizar una delimitación dentro del sistema que se quiere

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analizar, para de tal forma establecer el alcance. Lo anterior se hace teniendo en cuenta las
siguientes etapas:

• Función del sistema: En los casos donde el sistema cumple varias funciones, es

necesario definir que funciones se abarcarán en el ACV a realizar y establecer la
justificación respectiva.

• Unidad funcional: Se hace referencia a la base de cálculo sobre la cual se ejecutarán

los diferentes balances de masa y energía. Es decir que pueden ser uno o varios
parámetros preestablecidos que sirvan como punto de ejecución y comparación del
análisis.

• Límites del sistema: Esta etapa comprende la definición de procesos o subprocesos

que abarca el estudio, así como la delimitación de variables como fuentes de materia
prima, puntos de obtención de energía, límites geográficos, sistemas de trasporte y
demás que quepan dentro del alcance del proyecto.

2. Análisis del inventario: Corresponde a los balances de masa y energía que permitan

establecer las variables de ingreso y salida del sistema funcional. También se deben tener en
cuenta  cualquier  tipo  de  perturbación  ambiental  o  antropogénica  que  se  genere  como
vibraciones, ruido, vertimientos y demás, para su correcta interpretación y evaluación.
El proceso recomendado es el siguiente:
1.  Elaboración de diagramas de flujo.
2.  Estado de la calidad de datos.
3.  Definición de límites.
4.  Recolección de datos y realización de cálculos.
5.  Redefinición de objetivos y alcances.

3. Evaluación de impacto: En esta etapa se debe realizar la interpretación cualitativa y

cuantitativa  de  los  resultados  obtenidos  y  se  genera  un  análisis  de  las  variables
medioambientales  relacionadas.  Esto  se  realiza  por  medio  de  la  definición  de  los  efectos
potenciales al medio ambiente, la caracterización relativa de las contribuciones de entrada y
salida de cada etapa y la valoración de los diferentes impactos identificados.

4. Interpretación: En esta etapa final se evalúan las posibles mejoras o actividades de

mitigación que se puedan ejecutar en búsqueda de reducir los impactos identificados a lo
largo de ciclo de vida.

ICONTEC. (2007).

De forma complementaria a la ISO 14040, existen algunas otras normas que definen guías específicas
para la ejecución de las etapas del ACV, que son las siguientes:

• Norma ISO 14041: Presenta parámetros para establece los objetivos y alcances del ACV y

para realizar el análisis de inventario.

• Norma ISO 14042: Presenta una guía para ejecutar la fase de evaluación de impactos

ambientales del ACV.

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• Norma ISO 14043: Presenta una guía de interpretación de resultados del ACV.
• Norma ISO 14044: Genera los requisitos y directrices para llevar a cabo la evaluación del

ciclo de vida.

• Norma ISO 14048: Indica información acerca del formato de datos que sirven de base para

el ACV.

• Norma ISO 14049: Es una guía con ejemplos aplicados de la norma ISO 14041.

(Puig et al. 1999).

2.1.3. Huella de carbono

La huella de carbono hace referencia a un indicador de la totalidad de GEI emitidos de forma directa
o indirecta por un individuo, evento, organización, producto o servicio y se expresa por medio del
carbono equivalente. Esta estimación se relaciona inversamente con el desempeño del individuo como
tal, ya que a mayor huella de carbono; peor desempeño, dado el inherente impacto negativo generado
sobre el medio ambiente. A su vez, es imperante mencionar que en el cálculo de la huella de carbono
se toman principalmente 6 contaminantes criterio; que fueron definidos como los mayores causantes
del cambio climático en el Protocolo de Kioto de 1997, y son: dióxido de carbono (CO

perfluorocarburos (PFCs), metano (CH

), óxido nitroso (N

O), hidrofluorocarburos (HFCs) y

hexafloruro de azufre (SF

). Dentro de los cálculos se puede considerar el inventario de gases de

efecto invernadero que incluya los anteriormente mencionados u otros de los cuales sus emisiones
sean considerables o que generen un impacto que pueda ser identificable y/o cuantificable. Asimismo,
se tiene en cuenta le evaluación del ciclo de vida (Green Solution. 2016.).

Hoy en día existen normativas internacionales enfocadas en guiar y regular la forma en la cual se
debe identificar, calcular e interpretar la huella de carbono, algunas de estas son:

GHC Protocol

Establece  marcos  estandarizados  globales  para  la  medición  y  manejo  de  GEI  emitidos  por  la
operación  de  sectores  públicos  o  privados,  y  tiene  en  cuenta  la  cadena  de  valor  y  acciones  de
mitigación  (GHC  Protocol.  2021).  Los  estándares  establecidos  se  presentan  en  guías  a  nivel
corporativo o para ciudades, por lo cual, a continuación se explica cada tipo de guía:

• Estándares corporativos: Se enfoca en guiar las actividades de organizaciones hacia el

cumplimiento de dos estándares separados pero vinculados. El primero es el estándar de
informes y contabilidad corporativa del protocolo de GEI donde se proporciona una guía paso
a paso para que las empresas la utilicen al cuantificar y reportar sus emisiones de GEI. El
segundo es el estándar de cuantificación de proyectos del protocolo de GEI que es una guía
para cuantificar las reducciones de los proyectos de mitigación de

WBCSD, & WRI. (2012).

• Estándares para ciudades: Brinda herramientas que necesitan para medir sus emisiones,

construir estrategias de reducción de emisiones más efectivas, establecer metas de reducción
de emisiones medibles y más ambiciosas, y hacer un seguimiento de su progreso de manera

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más precisa e integral. El análisis de emisiones se divide en sectores de energía estacionaria,
transporte, desechos, procesos industriales, agricultura, entre otros (WBCSD, & WRI. 2014).

Familia de Normas ISO 14060:

En estas normas se explica de forma clara la cuantificación, el seguimiento, el informe y la validación
o verificación de emisiones atmosféricas y remociones de GEI, con el fin de soportar el desarrollo
sostenible por medio de actividades económicas bajas en carbono. Lo anterior también busca
beneficiar y apoyar en este proceso de cuantificación y mitigación a organizaciones, proponentes de
proyectos y partes interesadas de todo el mundo (ISO. 2018).

Dentro de la familia de normas ISO 14060, existen las siguientes normas complementarias que
definen guías específicas para la cuantificación, verificación y validación de la huella de carbono;
que son las siguientes:

• Norma ISO 14064-1: En esta norma se especifican los principios y requisitos para la

cuantificación y el informe de emisiones y remociones de GEI a nivel de la organización.

• Norma ISO 14064-2: Expone los principios y requisitos para determinar las líneas base, y

hacer seguimiento, cuantificación e informes de emisiones de un proyecto en específico.

• Norma ISO 14064-3: Detalla los requisitos para la verificación de las declaraciones de GEI

relacionadas con sus inventarios, los proyectos de GEI, y las huellas de carbono de los
productos.

• Norma ISO 14065: Presenta los requisitos para organismos que validan y verifican

declaraciones de GEI.

• Norma ISO 14066: Valida los requisitos de competencia para los equipos de verificación y

cumplimiento.

• Norma ISO 14067: Define los principios, los requisitos y las directrices para la

cuantificación de la huella de carbono de los productos.

(ISO. 2018).

2.2. Sistemas hidráulicos urbano

El desarrollo de sistemas hidráulicos urbanos se considera como uno de los logros más destacables
de la humanidad, ya que han permitido que exista un mejor manejo y control de los recursos hídricos
que están disponibles en el planeta. Estos sistemas se enfocan en la canalización y transporte de agua,
ya sea para consumo y/o abastecimiento; o bien para la recolección de aguas residuales o lluvias. Lo
anterior ha traído grandes avances en términos de infraestructura, salud pública, desarrollo humano y
social, por lo cual se trata de un área en constante investigación. Dentro de los avances que se
pretenden día a día, es que estos sistemas sean cada vez más amigables con el medio ambiente, por
lo que surge la necesidad de evaluar alternativas para establecer el impacto que generan y de tal forma
crear estrategias de reducción, mitigación y/o compensación. A continuación, de describe en detalle

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los tipos de sistemas hidráulicos urbanos y los principales materiales utilizados en la industria para la
construcción de estos:

2.2.1. Tipos de sistemas hidráulico urbano

2.2.1.1 Sistemas de abastecimiento

Un sistema de abastecimiento cumple con la función de suministrar agua bajo condiciones de calidad
óptimas para satisfacer las necesidades de consumo de un suscriptor. Este tipo de sistemas se compone
por diversos puntos, los cuales son:

• Captación: Corresponde a la parte inicial y de donde se toma el agua, dependiendo de su

disponibilidad, para suplir el resto del sistema. Los principales puntos de abastecimiento que
se consideran hoy en día son: aguas superficiales, aguas subterráneas, aguas meteóricas y
agua de mar (Jiménez, J. 2013).

• Aducción y conducción: Cuando se habla de aducción se hace referencia a la línea de

estructuras civiles y electromecánicas que permiten transportar el agua desde el sitio de
captación hasta el primer punto ya se de almacenamiento o a un desarenador. Posteriormente,
se cuenta con la línea de conducción que son las estructuras civiles que comunican el agua
hasta la planta de tratamiento o sitio de consumo, dependiendo de la calidad y condiciones
de suministro (Min Ambiente. 2010).

• Planta de tratamiento: Es el punto en el cual se ejecutan todos los procesos de nivel físico,

químico y biológico para que el agua tenga las características necesarias para que sea apta
para su consumo. En este caso se debe cumplir con tres objetivos específicos y es que el agua
cumpla con estándares de seguridad, que sea estéticamente aceptable y que sea
económicamente asequible (Jiménez, J. 2013).

• Almacenamiento: Se trata principalmente de tanques que permiten contar con un volumen

óptimo de agua para cumplir tanto con el suministro como con agua de reserva en caso de
situaciones de contingencia (Jiménez, J. 2013).

• Línea de alimentación y red de distribución: Comprende el conjunto de tuberías

encargadas de conducir el agua hasta el punto final de suministros, es decir, a los
consumidores. Se compone por válvulas, tuberías, tomas domiciliarias, medidores, equipos
de bombeo y demás (Jiménez, J. 2013).

2.2.1.2 Sistemas sanitarios

Los sistemas sanitarios cumplen con la función de recolectar y transportar el agua residual generada
por los suscriptores y también el agua lluvia producida por escorrentía en los centros poblados. Bajo
lo anterior, existen dos tipos se clasificaciones de estos sistemas según su uso en específico, que sería
de aguas combinadas (transporte de ambas en uno mismo) o separadas por sistemas independientes.
A partir del análisis realizado por Jiménez, J (2013), estos sistemas de forma general contienen los
siguientes componentes:

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• Red de atarjeas: Son tuberías de reducido tamaño y se encargan de recibir las descargas

domiciliarias de cada uno de los puntos en los cuales está ubicado un suscriptor.
Generalmente tienen un tamaño mínimo de 200 mm.

• Colectores: Se compone por tuberías de mayor tamaño a las de las atarjeas (es decir > 200

mm) y reciben el agua que estas transportan.

• Emisor: En este conducto no se realizan conexiones directas de descargas de aguas

residuales ya que cumplen con el fin de evacuar todo el volumen recolectado en los
colectores y lo transporta hasta el punto de tratamiento.

• Tratamiento: El tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo evitar en lo máximo

posible la contaminación del cuerpo receptor, por lo cual es necesario separar completamente
los sólidos con los que viene el fluido y realizar procesos químicos, físicos y biológicos
dependiendo de la capacidad de asimilación de punto de vertimiento.

• Sitio de vertimiento: Es el punto donde se hace la descarga de las aguas después de pasar

por el tratamiento requerido.

• Obras conexas: Se trata de obras complementarias o auxiliares que pueden ser requeridas a

lo largo del sistema como pozos de inspección, tragatormentas y estaciones de bombeo.

2.2.2. Materiales

Actualmente, a nivel comercial se cuenta con gran variedad de materiales para construir sistemas de
tuberías en redes hidráulicas urbanas. La implementación de estos va generalmente arraigada a el uso
que vaya a cumplir el sistema, la vida útil, balances económicos, facilidad de transporte e instalación
y demás. A continuación, se describirán los principales materiales que se encuentran en el mercado,
sus principales usos y su forma de producción.

• Hierro dúctil: Es un tipo de hierro fundido con capacidades elásticas, flexibles y dúctiles,

que permite el transporte de agua bajo condiciones de alta corrosión, lo cual destaca su alta
resistencia.  Puede  ser  utilizado  para  el  transporte  de  agua  potable,  residual  y  hasta  para
ambientes salinos (McWane. 2009).
La fabricación del material comienza con el acopio de materias primas como chatarra, lingote
y fundición reciclada; a lo que se añaden también materiales no férricos, coque, ferro silicio
y caliza. Todo se dosifica y se agrega en un cubilote a más de 1600º, obtenemos la colada de
fundición. En seguida se pasa a la desulfuración, cuya finalidad es la de reducir el azufre
presente  en  el  hierro  líquido  y  optimizar  así  la  nodularización  del  grafito  (proceso  de
transformación de grafito lamelar en globular). A continuación, la colada se deposita en un
horno canal donde se homogeneiza su composición y temperatura, y con un tratamiento de
magnesio  se  consigue  la  fundición  nodular.  Con  ello  se  modifica  la  estructura  de
cristalización del grafito logrando así altas propiedades mecánicas de la fundición dúctil. Para
centrifugar el tubo, se mete el hierro liquido en la coquilla metálica que esta puesta en la
maquina de centrifugación, donde por rotación y traslación se fabrica. Luego se saca el tubo

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y se lleva al horno de tratamiento térmico para eliminar tensiones. Esta operación permite
que el tubo adquiera sus propiedades mecánicas finales, así como una matriz 100% férrica.
Posteriormente, el tubo se enfría y se reviste externamente por electro fusión con una capa
de zinc. Interiormente las tuberías se recubren de mortero de cemento para garantizar la
conservación de las características hidráulicas (Aguas Residuales. 2016). Un ejemplo de
tuberías de este material se muestra en la Ilustración 2.

Ilustración 2. Tuberías de hierro dúctil. Tomado de: PAM. (2021).

• Concreto: El concreto es un material pulverulento y es el más utilizado en la construcción

de estructuras. Este cuenta con características de alta resistencia a la presión, es ininflamable,
no tiene problemas de flotación y presenta a lo largo del tiempo deformaciones mínimas. Su
uso en tuberías se contempla para el transporte de agua potable, residual, industrial y demás
(Grupo Traber. 2018).  El proceso de obtención de concreto inicia con la extracción de las
materias primas iniciales, que son calizas y arcillas, de la cantera y su posterior transporte a
la planta donde se trituran. En seguida se someten a un proceso de pre-homogenización donde
una banda transporta el material y éste es analizado por un equipo de rayos gamma. Después
el  material  es  almacenado  para  recibir  minerales  de  hierro  y  caliza  correctiva  alta  que  se
dosifica  dependiendo  de  qué  tipo  de  cemento  se  requiera.  Posteriormente,  el  material  se
pulveriza en el molino de crudo, obteniendo así un material con textura de harina, y se pasa
al silo de homogenización. El proceso continúa con la transformación de la harina en Clinker
(que  es  una  especie  de  piedra  pequeña  cristalizada,  redonda  y  gris,  que  es  enfriada  con
rapidez) con el uso de altas temperaturas. Tras ser almacenado, el clinker pasa por un molino
de rodillos y finalmente el clinker se muele con yeso, lo que determina el tipo de cemento
(Holcim. 2021).

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Para  la  elaboración  de  tuberías  de  concreto,  primero  se  unifican  los  agregados  en  una
mezcladora  mecánica  bajo  adecuadas  proporciones  de  cemento  y  agua  que  producen  una
mezcla homogénea. Enseguida se procede a colocar un conservador geométrico dispuesto
para cada uno de los tubos de hormigón que permite mantener la geometría del este. Después
se procede a colocarlo un refuerzo de acero con un molde de manera, con el fin de moldear
el tubo depositando el hormigón en forma continua al encofrado para que el acomodado sea
homogéneo,  luego  se  procede  al  colocado  del  molde  para  luego  someterlo  una  presión
hidráulica. Una ves moldeado el tubo, se procede a colocar el conservador geométrico con
una sujeción externa de cintas de goma mientras se está desmoldando hidráulicamente. Para
la  protección  del  traslado  del  tubo  se  usa  una  canastilla  de  acero  adecuada  al  diámetro
correspondiente  y  un  transportador  con  el  sistema  del  péndulo  para  evitar  de  esa  manera
cualquier movimiento brusco. Finalmente, el proceso de curación se realiza bajo techo con
un sistema por saturación con agua, mediante pulverizadores (Preconal. 2009). Un ejemplo
de tuberías de este material se presenta en la Ilustración 3.

Ilustración 3. Tuberías de concreto. Tomado de: Argos. (2020).

• Arcilla vitrificada: Es un producto fabricado a base de arcilla, lo cual lo hace fácilmente

reciclable  y  permite  que  tenga  una  vida  útil  bastante  prolongada.  Se  resaltan  sus  altas
propiedades  contra  la  abrasión,  resistencia  a  químicos  y  agentes  biológicos,  por  lo  que
generalmente se usan para sistemas sanitarios (Grupo Jannone. S,f).
Este tipo de tubos se fabrica a partir de una mezcla de diferentes tipos de arcillas y chamotas
(es un material granular obtenido a partir de la trituración de ladrillo). Con ellas se forma una
composición homogénea y moldeable. Después se lleva a cabo un proceso de extrusión para
conseguir la forma y tamaño deseado, y los tubos se secan entre 50 y 70 horas para alcanzar
su vitrificación. Como paso final los tubos se sinterizan a 1180ºC (La obra. 2020). Un ejemplo
de tuberías de este material se muestra en la Ilustración 4.

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Ilustración 4. Tuberías de Arcilla Vitrificada. Tomado de: Jannone. (S,f).

• PVC: El Policloruro de Vinilo o PVC es un tipo de termoplástico producido a partir de

polímeros. Es el plástico más utilizado en el mundo y sus principales aplicaciones son en:
tuberías,  piezas  de  automóviles,  empaques  de  alimentos,  juguetes,  pavimento,  ventanas,
muebles y demás. Tiene alta capacidad aislante, de alta durabilidad y resistencia corrosiva.
Por otro lado, para la fabricación de resina de PVC, inicialmente se requiere llevar a cabo dos
procesos  de  forma  simultanea.  El  primero  es  de  craking,  en  el  cual  se  procesan  material
primas  como  petróleo,  gas  natural  y  aceite,  para  la  obtención  de  etileno  (C2H4).  El  otro
proceso paralelo requiere de sal, agua y de una fase de electrólisis con el objetivo de obtener
cloro  en  forma  de  ácido  clorhídrico  (HCl).  Nuevamente  se  llevan  a  cabo  dos  procesos
simultáneos  que  son  oxidocloración  y  cloración  para  producir  dicloroetano  (DCE).  En  el
primero, se requiere oxígeno, etileno y ácido clorhídrico y en el segundo únicamente etileno
y ácido clorhídrico. Posteriormente, se realiza una depuración para separar el dicloroetano de
las trazas presentes de hidrocarburos y demás compuestos no deseados. Enseguida se lleva a
cabo un proceso de pirolisis y finalmente una depuración para obtener monómero de cloruro
de  vinilo  (MCV).  Este  último  producto  pasa  por  un  proceso  de  polimerización  para  la
obtención final de resina de vinilo (PVC).
En cuanto a la fabricación de tuberías como tal, de forma general, primero se lleva a cabo un
proceso de extrusión que consiste en calentar la materia prima, que en este caso es la resina
de vinilo, y ejercer presurización por medio de un dispositivo de tornillo sin fin para conseguir
materia  plástica.  Posteriormente,  este  material  debe  pasar  por  calibre  determinado  que
permite que tome la forma concéntrica y se corta según las especificaciones del producto.
Finalmente,  algunas  tuberías  son  sometidas  a  un  proceso  de  orientación  molecular  para
mejorar  sus  propiedades  mecánicas,  por  medio  de  un  calentamiento  a  temperatura
homogénea y por último se expanden en un molde donde permanecen listas para embalaje
(Aguas  Residuales.  2017).  Un  ejemplo  de  tuberías  de  este  material  se  muestra  en  la
Ilustración 5.

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Ilustración 5. Tuberías de PVC. Tomado de: PAVCO. (2019).

• Polietileno de alta densidad (HDPE por sus siglas en inglés): El polietileno es un polímero

sintético que se obtiene a partir de la polimerización de etileno. Uno de sus tipos es el de alta
densidad  que  contiene  una  estructura  lineal  y  pocas  ramificaciones.  Dentro  de  sus
propiedades  está  el  ser  incoloro,  inodoro,  no  tóxico  y  resistente  tanto  a  agentes  químicos
como a altos esfuerzos (Roca I. 2005).
Para la fabricación del polietileno se lleva a cabo un proceso similar que con el PVC, dado
que es necesaria la obtención de etileno (C2H4), es decir que se ejecuta la fase de Cracking.
Seguidamente, se pasa a una fase de separación de componentes que permiten obtener etileno
sin  la  presencia  de  trazas  de  otros  hidrocarburos  o  compuestos  como  propano,  butano  y
demás. En seguida se realiza una mezcla con oxígeno y se procede a comprimir el gas bajo
altas  presiones  y  temperaturas,  y  se  agrega  un  catalizador  que  permite  iniciar  la
polimerización. Finalmente, el material es moldeado y enfriado en cincas con la geometría
deseada.  En  cuanto  a  la  elaboración  de  tuberías,  primero  se  debe  realizar  el  corte  del
polietileno en pequeñas partículas llamadas granza, lo cual facilita su fundición al pasar por
una cámara de calefacción. Posteriormente, se realiza el moldeo en forma de tubería a través
de un cabezal de extrusión, que permite obtener piezas sólidas con la longitud deseada sin
necesidad de tener uniones. En seguida, el plástico pasa por un tanque de vacío que permite
que disminuya su temperatura. Finalmente, la tubería se estira para la obtención del espesor
deseado, dando paso al corte y enrollado final (Grupo IGC. 2019). Un ejemplo de tuberías de
este material se presenta en la Ilustración 6.

Ilustración 6. Tuberías de HDPE. Tomado de: PAVCO. (2019).

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• Acero: El acero es un material con altas propiedades de fuerza y firmeza, lo cual lo hace de

gran importancia para la industria de la construcción. A su vez, tiene una alta resistencia por
cambio de temperaturas extremas y por ende es apto para que, a nivel de tuberías, sea usado
en el transporte de aguas domésticas e industriales, así como en ductos especiales en el campo
del automovilismo (Cosur. 2021).
Para  la  obtención  de  acero,  es  necesario  ingresar  materias  primas  como  ganga  de  hierro,
piedra caliza, coque, agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal). Enseguida se
desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada,
hasta fundir completamente los materiales cargados. Se continua con un proceso de afino
donde primero se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de
impurezas y elementos indeseables y se realiza la adición de ferroaleaciones que contienen
elementos necesarios  como cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio. El acero obtenido
se vacía en una cuchara de colada en la que termina de ajustarse su composición y de dársele
la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación. Posteriormente,
la colada se lleva hasta la artesa receptora donde el acero se vierte directamente en un molde
de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto y
cuenta  con  paredes  huecas  para  permitir  su  refrigeración  con  agua  y  aire.  Finalmente,  se
procede a cortar el semiproducto en las longitudes deseadas usando sopletes (Velasco, R.
2019).
Para la fabricación de la tubería, se utilizan láminas que se cortan en el tamaño adecuado;
posteriormente pasan a través de varios rodillos que le dan la forma tubular al acero. Por
último, la máquina suelda los bordes de las láminas mediante diferentes procesos, ya sea una
soldadura  tradicional  con  costura  interior  o  exterior,  o  mediante  un  proceso  de  fusión
metálica. Se procede a someter el material, en caso de ser requerido, a un tratamiento térmico
en un horno de convección para eliminar las posibles tensiones. Finalmente, se ejecuta un
proceso de estirado en frio para obtener el tamaño deseado. Durante este proceso, la tubería
es recubierta con una solución oxálica y jabonosa, que actúa como lubricante para reducir la
fricción mientras se estira (Piecsa. 2020). Un ejemplo de tuberías de este material se muestra
en la Ilustración 7.

Ilustración 7. Tuberías de Acero. Tomado de: Accesorios de Bridas. (2019).

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• Polipropileno: El polipropileno es un polímero plástico del cual se destacan varias

aplicaciones como en fontanería (agua a presión, con altas temperaturas y agua residual),
sistemas de calefacción y en climatización. Es un material inerte, inoloro, resistente a altas
temperaturas y presiones, y que no sufre problemas por corrosión (Aquaterm. 2015).
Para la obtención de propileno, uno de los procesos más utilizados es a partir de la destilación
de gas licuado de petróleo que contiene una porción mayoritaria de componentes livianos
como  propano,  propileno  y  demás.  Primero  se  pasa  por  un  proceso  donde  se  dulcifica  la
mezcla  y  se  remueven  compuestos  como  el  Anhídrido  carbónico  o  Mercaptanos.
Posteriormente,  se  separan  los  componentes  livianos  por  medio  de  una  columna  de
destilación y se procede a separar el propileno del propano, este proceso es complejo porque
ambos tienen pesos específicos similares. Para lo anterior, es necesario utilizar una columna
de destilación de mayor longitud con gran cantidad de platos y con un sistema muy complejo
de reflujo condensado. Finalmente se eliminan los últimos componentes residuales, como
arsina y se obtiene propileno que se puede polimerizar (Castillo, L. 2007).
La  fabricación  de  la  tubería  se  realiza  de  forma  similar  a  como  con  el  PVC,  ya  que  es
necesario utilizar una máquina extrusora. Inicialmente, el material debe encontrarse en forma
de gránulos para que sea más fácil su fusión en un horno que debe estar entre 230º y 250º.
Posteriormente,  se  pasa  a  extrusora  que  por  medio  de  presión  permite  obtener  la  forma
deseada y finalmente se pasa por un tanque de enfriamiento en donde se termina de redondear
(Marcilla, A., & Beltrán, M. 2012). Un ejemplo de tuberías de este material se presenta en la
Ilustración 8.

Ilustración 8. Tuberías de Polipropileno. Tomado de: Todo Ferretería. (2019).

• Plástico reforzado con fibra de vidrio: (FRP por sus siglas en ingles): Se trata de un

material compuesto, que se compone por una matriz de plástico o por una resina, y un
refuerzo con fibras de vidrio. Este material brinda propiedades de alta resistencia mecánica y
por ende alto desempeño en cuanto presiones internas y cargas externas. Se utilizan
generalmente en conducciones de abastecimiento, riego, saneamiento y demás. Las matrices
más conocidas en el mercado son el poliéster, el polipropileno, resina de viniléster o resina

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epóxica. Es un material emergente, que se encuentra escalando el mercado de tuberías en el
mundo (FRP Systems. 2020). Un ejemplo de tuberías de este material se muestra en la
Ilustración 9.

Ilustración 9. Tuberías de FRP. Tomado de: Cosmos. (S,f).

2.2.3. Métodos de instalación

Un proceso de instalación de tuberías comprende todo lo relacionado con la colocación de un sistema
en un lugar específico, que puede no tener con un trazado previo o que puede contar con estructuras
preexistentes  que  requieran  su  reemplazo,  reparación,  renovación,  rehabilitación  o  demás.  Este
proceso  requiere  de  una  intervención  por  medio  de  una  obra  civil,  ya  que  en  esta  se  desarrolla
infraestructura que va encaminada al beneficio y/o uso por parte de la población. Para la ejecución de
este tipo de proyectos, actualmente se cuenta con dos tipos de métodos de intervención comúnmente
usados alrededor del mundo. Estos se describen a continuación:

• Método a cielo abierto o a zanja abierta: En este proceso se hace necesaria la excavación

manual o mecánica y se trabaja bajo condiciones de exposición directa del sitio de trabajo,
como se ejemplifica en la Ilustración 10.
Este método requiere estudios de suelo para determinar el camino de instalación y las
condiciones óptimas de ejecución de la obra. A su vez, requiere de un control de aguas lluvias
en el sitio para evitar inundaciones de la zanja en caso de que se presenten precipitaciones.
En el proceso, se estiman tiempos prolongados para la finalización de la intervención y se
caracteriza por generar perturbaciones en el sitio que imposibilitan el tránsito o la realización
de actividades externas.
Generalmente, el proceso requiere la contemplación de procesos posteriores que conlleven a
la necesidad de repavimentar el espacio intervenido y se demanda el uso de maquinaria
especializada para cimentación, remoción y colocación de tierras.

(Alarcón, J., & Pacheco, J. 2014).

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Ilustración 10. Proceso de instalación a cielo abierto. Tomado de: Alarcón, J., & Pacheco, J. (2014).

A continuación, se presenta una comparación de las ventajas y desventajas de este método,
según Pupo, C (2014):

Tabla 1. Ventajas y desventajas del método de instalación a cielo abierto

Ventajas

Desventajas

Se  puede  utilizar  tanto  para  redes  de
acueducto  como  de  alcantarillado,  sin
importar el diámetro del tubo.

Los tiempos de construcción son usualmente
prolongados debido a la cantidad de
perturbaciones que genera en la superficie.

No requiere mano de obra calificada o con alta
capacitación.

Puede implicar alta inversión económica en
su ejecución.

Es  el  método  más  utilizado  al  ser
convencional,  por  lo  que  se  cuenta  con  gran
cantidad  de  experiencia  y    estudios  en
literatura.

Puede  generar  problemas  de  seguridad
debido a inconvenientes en el tráfico, número
de  excavaciones  y  grandes  equipos
requeridos.

Permite reparar o construir otra infraestructura
al mismo tiempo.

Genera altos costos de transporte por los
grandes volúmenes de tierra que se extraen.

Uso de materiales y tecnologías disponibles en
el medio.

Si se requiere estabilizar taludes por niveles
freáticos altos, esto genera un incremento
considerable en los costos de construcción.

Maquinaria y equipos abundantes y de fácil
acceso.

Puede generar interferencias en la otras
infraestructuras subterráneas.

Permite la ejecución de conexiones laterales. Puede generar riesgo de movimientos en

masa.

Se acomoda a cualquier condición de
alineamiento y pendiente del terreno.

Genera contaminación auditiva por el uso de
maquinaria.

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• Métodos sin zanja:

Se trata de tecnologías emergentes y se llevan a cabo por medio de procesos que requieren
del uso de maquinaria para ejecutar perforaciones entre puntos específicos, en donde se alojan
tubos de canalización y estos se instalan o reemplazan ya sea tirando de ellos o generando
tracción  por  empuje.  Actualmente  se  cuenta  con  múltiples  métodos  sin  zanja  que  se  han
venido desarrollando para generar alternativas en la intervención de sistemas que sean más
fáciles,  más  costo  efectivas,  que  requieran  menos  tiempo  y  generen  menos  alteraciones  a
nivel superficial. A continuación, se presentan algunas de estas:

Pipe bursting o Fraccionamiento de tubería: Esta tecnología emplea un cabezal de fractura
que hace posible fragmentar la tubería existente, permitiendo así la instalación simultanea de
una  nueva  sección  de  mismo  o  mayor  diámetro.  A  su  vez,  se  requiere  de  un  pozo  de
levantamiento y uno de llagada en los extremos de la zona donde se realiza la operación, por
lo que en este proceso se emplea excavación. El extremo posterior del cabezal de ruptura está
conectado a la nueva tubería y el extremo delantero está conectado a un cable o varilla de
tracción, este proceso se muestra de forma esquemática en la Ilustración 11 (Pinzón, J. 2011).

Ilustración 11. Esquema de proceso de Pipe bursting. Tomado de: Pinzón, J. (2011).

Tubo de hincado y microtunelado: Para estas técnicas su rango de aplicación va de un
diámetro de tuberías desde 120 mm en adelante. En el caso del proceso de hincado, este
funciona como un sistema de instalación de tubos tras un escudo, generalmente tripulado por
un operario, el empuje es generado de manera hidráulica desde un pozo de ataque de manera
que los tubos formen una tubería continua en el terreno. Estos tubos siempre se diseñan con
el objetivo de soportar las fuerzas de empuje generadas por los suelos, así como también para
ser ensamblados durante el proceso de instalación (Alarcón, J., & Pacheco, J. 2014). Por otro
lado, el microtunelado se diferencia porque el escudo que permite la instalación de un tubo
hincado va dirigido por control remoto, es decir, contiene un diámetro interior inferior que

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no permite el acceso de personas (Viana, F. 2004). Un ejemplo de este proceso se presenta
en la Ilustración 12.

Ilustración 12. Esquema de proceso de Hincado de tuberías. Tomado de: Yepes, V. (2015).

Perforación  con  tornillos  Sin-fin:  Este  método  se  emplea  para  la  instalación,  sin
compactación,  de  un  tubo  de  camisa  en  el  terreno  y  la  tubería  definitiva  se  coloca
posteriormente.  Se  diferencia  de  las  tecnologías  anteriores  en  cuanto  a  que  la  camisa  se
implementa  como  parte  integral  de  la  metodología  de  construcción,  permitiendo  que  se
reduzcan  los  costos  de  instalación.  Sin  embargo,  se  trabaja  con  limitantes  de  terreno
dependiendo de la humedad de este (Alarcón, J., & Pacheco, J. 2014). En la Ilustración 13,
se presenta un ejemplo esquemático de la maquinaria usada en el proceso.

Ilustración 13. Esquema de proceso de perforación con tornillos Sin-fin. Tomado de: Perforaciones e Ingeniería.

(2015).

Tuberías curadas in situ (CIPP por sus siglas en inglés): Esta metodología consiste en la
colocación de un revestimiento de carácter mono-pieza dentro de una tubería existente, que
debe pasar previamente por un proceso de limpieza superficial para así mejorar las
condiciones de fricción interna y rehabilitar el ducto. En este caso, generalmente se utilizan
resinas epóxicas, de poliéster y de viniléster, y se tiene en cuenta un único vertimiento de la
mezcla para evitar la existencia de empalmes o costuras que puedan llegar a afectar el

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posterior flujo en la tubería (Manzzini, N., & Torres, C. 2015). En la Ilustración 14 se presenta
un ejemplo de este proceso por medio de una manga continua con curado por vapor.

Ilustración 14. Esquema de proceso de Tuberías curadas in situ. Tomado de: Hidrotec. (2016).

Perforación horizontal dirigida (HDD por sus siglas en inglés): Esta técnica se utiliza para
la  realización  de  trazados  rectos  o  gradualmente  curvados  con  máquinas  que  varían  su
capacidad  según  el  diámetro  de  tubería  por  instalar.  En  este  caso,  primero  se  realiza  un
trazado para llevar a cabo una perforación piloto y para esto se usa un equipo que controla la
posición. Enseguida se procede a ensanchar dicha perforación de manera concéntrica y en
sentido contrario al empleado en la perforación piloto. Posteriormente, según las condiciones
del  terreno  y  la  tubería  a  instalar,  se  realiza  el  posicionamiento  de  esta  por  etapas  o  no
(Alarcón, J., & Pacheco, J. 2014). Por medio de la Ilustración 15 se muestra un ejemplo del
proceso.

Ilustración 15. Esquema de proceso de Perforación horizontal dirigida. Tomado de: Brightway. (2018).

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3. MARCO METODOLÓGICO

Para el presente trabajo de investigación fue necesario realizar diferentes consultas de información
para establecer el estado del arte y por ende poder determinar las diferentes investigaciones previas
que  se  encuentran  en  la  literatura.  Ya  teniendo  información  base,  se  pudo  establecer  los
planteamientos  iniciales  que  serán  contemplados  en  el  caso  de  estudio,  así  como  su  alcance,
limitaciones  y  puntos  por  asumir.  Enseguida,  se  hizo  la  respectiva  consulta  de  información  con
empresas del campo según la etapa de ciclo de vida de un sistema hidráulico urbano, para de tal forma
establecer  la  información  primaria  con  la  que  se  cuenta  para  la  investigación  y  buscar  así  la
información secundaría que debe ser complementada. Ya con la información completa, se procede al
paso de modelación computacional y respectivo análisis de resultados, esta etapa a su vez comprende
la redacción de conclusiones y recomendaciones. Teniendo en cuenta lo anterior, en la Ilustración 16
se presenta de forma específica cada una de las etapas desarrolladas en la presente investigación que
se llevan a cabo teniendo en cuenta los lineamientos de la norma ISO 14040:

Ilustración 16. Esquema de metodología general de la investigación

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A continuación, se describe de forma detallada cada uno de los procesos que comprende todo el
trabajo de investigación:

3.1. Establecimiento del estado del arte

Para  establecer  el  estado  del  arte,  se  realizaron  consultas  bibliográficas  en  múltiples  fuentes  de
información; por lo que se establecieron dos puntos de partida. El primero fue por medio de consultas
a nivel internacional y el segundo a nivel nacional. A partir del consolidado obtenido, se complementó
la  información  con  normativas  vigentes  sobre  los  diferentes  determinantes  de  impacto  ambiental.
Finalmente, se procedió a organizar los resultados según las etapas del estudio ciclo de vida de un
sistema hidráulico urbano. Esto se presenta en la Ilustración 17.

Ilustración 17. Esquema de proceso para establecer el estado del arte

3.2. Planteamiento de caso de estudio

Inicialmente se hizo el planteamiento de variables base, es decir, las que no depende de consultas
externas y corresponden a longitud, diámetros, tiempo, tipos de sistemas y materiales a modelar.
Posteriormente, según la información requerida en cada una de las etapas de ciclo de vida y teniendo
en cuenta cada uno de los tipos de material, se procedió a realizar acercamientos con empresas

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encargadas de comercializar cada sistema de tuberías a nivel nacional. En caso de que no fuese posible
obtener un consolidado sólido con el acercamiento anterior, se buscó información con compañías
internacionales. Si las respuestas anteriores resultaban negativas, se procede a tomar la información
de la base de datos Ecoinvent, disponible en el programa SimaPro. Finalmente, se hizo un ajuste de
las variables y se determinó cuales debían ser asumidos o no dentro del alcance de la investigación.
Finalizado este proceso, se continuó con la modelación computacional. Todo lo anterior se
esquematiza en la Ilustración 18.

Ilustración 18. Esquema de datos base para el caso de estudio

3.3. Modelación computacional

El proceso de modelación computacional se realiza en el software de SimaPro en su versión 9.1.1,
con  especificación  para  fines  educativos.  Este  es  un  programa  que  permite  modelar  y  analizar
diferentes  etapas  de  ciclo  de  vida  y  de  tal  forma  medir  el  impacto  ambiental  de  productos  y/o
servicios. Este programa cuenta con una base de datos llamada Ecoinvent, la cual está basada en las
normas ISO 14040 e ISO 14044, y permite acceder a información transparente y a conjuntos de datos
para la mayoría de industrias (SimaPro. 2021). El proceso de modelación se basó en el ingreso de la
información  del  caso  de  estudio  y  en  complementarla  con  la  presentada  en  la  base  de  datos  del
programa. De tal forma fue posible cuantificar el impacto ambiental de cada uno de los escenarios
establecidos. La interfaz del programa se presenta en el Anexo 1.

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4. ESTADO DEL ARTE

La estimación de carbono equivalente y los análisis de ciclo de vida se han venido desarrollando a lo
largo  de  los  años  y  se  han  consolidado  como  una  práctica  de  suma  importancia,  dada  su  calidad
técnica  y  su  aporte  en  la  toma  de  decisión  en  estudios  de  impacto  ambiental,  informes  de
sustentabilidad  y  proyectos  en  diversos  campos  del  conocimiento.  Por  lo  tanto,  para  el  presente
trabajo de investigación es de vital importancia establecer antecedentes sobre este tipo de análisis en
proyectos hidráulicos urbanos y de tal forma instituir los precedentes investigativos alcanzados. Esto
específicamente en la fabricación de materiales, el transporte de estos, las tecnologías de instalación
de los sistemas, así como su uso y disposición final; es decir, las diferentes etapas de ciclo de vida.
A partir de lo anterior y llevando a cabo la investigación bibliográfica descrita en la metodología, a
continuación,  se  presenta  el  estado  del  arte  del  análisis  de  ciclo  de  vida  en  sistemas  hidráulicos
urbanos,  a  partir  de  investigaciones  recientes  llevadas  a  cabo  en  todo  el  mundo.  Las  diferentes
referencias  bibliográficas  se  dividen  dependiendo  de  la  etapa  del  ciclo,  por  lo  cual  se  muestran
discretizadas según los resultados obtenidos en cada una de ellas, así como al final se presenta un
consolidado de los resultados de los diferentes estudios.

4.1. Emisiones de CO

por etapas de ciclo de vida en sistemas hidráulicos urbanos

4.1.1. Fabricación y manufactura

La fabricación es una de las fases del ciclo de vida que más se estudia, no únicamente por ser la
primera sino porque resulta ser, en múltiples casos, la que más emisiones aporta en el total de gases
de efecto invernadero emitidos, es decir que a esta se atribuyen gran parte de los impactos ambientales
generados de forma ponderada. Teniendo en cuenta esto, en la Tabla 3 se presentan diferentes estudios
que contemplan esta etapa, así como la fuente de información, localización, tipo de sistema,
materiales, diámetros, longitud, clasificación del impacto y finalmente los principales resultados. A
su vez, en la Tabla 2, se sintetiza la nomenclatura que se maneja según el material al cual se hará
referencia dentro del resumen de resultados.

Tabla 2. Nomenclatura de materiales

Nombre de material

Siglas en inglés

Tubería Cilíndrica de Concreto Pretensado

PCCP

Policloruro de Vinilo

PVC

Tubería Curada In Situ

CIPP

Hierro dúctil

Hierro fundido

Concreto reforzado

Plástico reforzado con fibra de vidrio

FRP

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Tabla 3. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de fabricación

Referencia

Localización

Materiales

Sistema y

Diámetros

Longitud

Impacto

Resultados

Piratla et al. (2012).
Estimation of CO

Emissions

from the Life Cycle of a
Potable Water Pipeline Project
Journal of Management in
Engineering

Phoenix,
EE.UU

PVC-O,
PVC,
HDPE y DI

Suministro.
200 mm

152.4 m

Emisiones
de CO

Las tuberías de PVC-O, HDPE y DI
tuvieron 44.35%, 12.66% y 7.23%
menos emisiones, respectivamente, en
comparación con el PVC.

Du et al. (2013).
Life Cycle Analysis for Water
and Wastewater Pipe Materials
Journal  of  Environmental
Engineering

Tucson,
EE.UU

PVC, DI,
Concreto,
HDPE, RC
y CI

Suministro
y sanitario.
305 mm

1 Km

Emisiones
de CO

En este caso, el DI presenta mayor
cantidad

emisiones

comparación con este, el concreto, CR,
HDPE, PVC y el DI tuvieron 86.51%,
68.8%, 54.06%, 32.69% y 25.43%
menos emisiones, respectivamente.

Khan, L., & Tee, K. (2015).
Quantification and comparison
of  carbon  emissions  for
flexible underground pipelines
Canadian  Journal  of  Civil
Engineering

Reino Unido

Acero, DI
y PVC

Suministro
y sanitario.
400 mm

150 Km

Emisiones
de CO

Las tuberías de PVC y acero
presentaron 28.44% y 21.89% menos
emisiones,

respectivamente,

comparación con el DI.

Petit-Boix et al. (2015).

Integrated Structural Analysis
and Life Cycle Assessment of
Equivalent

Trench-Pipe

Systems for Sewerage

Barcelona,
España

PVC,
HDPE y
Concreto

Sanitario.
300, 500 y
1000 mm

1 m

Emisiones
de CO

Categorías
de
impacto
ambiental

Los resultados varían dependiendo del
tiempo  de  vida  establecido  y  las
variaciones de carga de tráfico. Por lo
que  al  aumentar  el  tiempo  de  vida,  el
concreto  resulta  más  competitivo
porque  genera  menos  emisiones  en

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Referencia

Localización

Materiales

Sistema y

Diámetros

Longitud

Impacto

Resultados

Journal: Water Resources
Management

comparación  con  los  plásticos,  pero
cuando hay bajas cargas y se mantiene
un tiempo de vida comparable entre los
materiales,  los  plásticos  presentan
mejor rendimiento.

Vahidi et al. (2015)
Comparative

Life

Cycle

Analysis of Materials in
Wastewater Piping Systems
Journal:

Procedia

Engineering

EE.UU.

DI,
Concreto,
PVC y
FRP.

Sanitario.
20 pulg

5 m

Emisiones
de CO

Categorías
de
impacto
ambiental

Se presenta que el DI es el material que
más impactos ambientales genera en la
mayoría de categorías como por
ejemplo:

Acidificación,

cambio

climática, radiación y demás. Así como
el FRP genera altos impactos en la capa
de ozono y el concreto en ecotoxicidad.

Chilana et al. (2016)
Comparison

carbon

footprints  of  steel  versus
concrete  pipelines  for  water
transmission
Journal  of  the  Air  &  Waste
Management Association

Texas, EE.UU

Acero y
PCCP

Suministro.
66, 72, 84 y
108 pulg

1 pie

Emisiones
de CO

Las tuberías de PCCP presentan cerca
de un 26.6% menos emisiones que las
de acero en su fase de fabricación.

Hajibabaei et al. (2019)
Life cycle assessment of pipes
and piping process in drinking
water  distribution  networks  to
reduce environmental impact
Journal:  Sustainable  Cities
and Society.

Teherán, Irán

Acero,
PVC, DI,
HDPE y
Fibroceme
nto

Suministro.
200 y 500
mm

1 m

Emisiones
de CO2

Categorías
de
impacto
ambiental

El DI es el material que mayor impacto
genera en gran parte de las categorías.
Este genera 83.51%, 80.08%, 77.81%
y 17.96% más emisiones de CO

que el

PVC, HDPE, fibrocemento y acero,
respectivamente.

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Tesis II

Referencia

Localización

Materiales

Sistema y

Diámetros

Longitud

Impacto

Resultados

Nandyala et al. (2019)
Comparison  of  Life  Cycle
Carbon Footprints of Steel and
Concrete Pressure Pipes
Book  set:  Pipelines  2019  -
ASCE

EE.UU.

Acero y
Concreto

Sanitario.
24, 48, 66 y
80 pulg

1 pie

Emisiones
de CO

En promedio, la producción de tuberías
de concreto presenta cerca de 46,7%
menos emisiones en comparación con
las tuberías de acero.

Alsadi et al. (2020a)
Environmental

Impact

Assessment of the Fabrication
of

Pipe

Rehabilitation

Materials
Journal of Pipeline Systems
Engineering and Practice

Texas, EE.UU

PCCP,
PVC y
CIPP

Sanitario.
900 mm

30 m

Emisiones
de CO

Las tuberías de PCCP y PVC tuvieron
71.81% y 31.72% menos emisiones,
respectivamente, en comparación con
el CIPP.

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Tesis II

A continuación, se realiza una descripción detallada de cada uno de los estudios, así como
consideraciones clave:

Piratla et al. (2012) realizaron los cálculos de la fase de fabricación teniendo en cuenta la energía
incorporada de cada uno de los materiales. La energía incorporada es la cantidad de energía requerida
por  todas  las  actividades  relacionadas  con  un  proceso  productivo,  incluyendo  el  consumo  en  la
obtención de las materias primas, la energía para la elaboración de equipos y en otras funciones de
apoyo (Treolar, G. 2004). Estos cálculos de energía es posible consultarlos en diferentes fuentes de
información  y  en  este  caso,  fueron  consultados  en  un  estudio  de  estimación  de  este  factor  para
materiales usados en aplicaciones de uso del agua y alcantarillado, desarrollado por Ambrose et al.
(2002). Por otro lado, en cuanto a los resultados, los autores analizan que una de las causas que hace
que el PVC estándar genere más emisiones que el resto de materiales, y en el especial con el PVC-O,
es por el rango de diferencia en su densidad y porque requiere de mayor grosor de paredes para tener
la misma dureza y resistencia.

Du et al. (2013) incluyeron dentro de su estudio la especificación de materiales a comparar, por lo
que por cada uno realizaron una estimación de la energía necesaria para la adquisición de las materias
primas y el posterior proceso de transformación y producción de las tuberías. A su vez, los autores
reportan  no  haber  incluido  gastos  energético  por  producción  y  mantenimiento  de  la  maquinaria
utilizada  en  esta  fase.  Este  estudio  también  se  basa  en  el  uso  de  energía  incorporada,  es  decir,  la
energía consumida desde la extracción de las materias primas hasta la obtención de tuberías. Teniendo
en cuenta lo anterior, los resultados reportados establecen que los dos tipos de hierro (dúctil y fundido)
son los que más emisiones generan en comparación con el resto de materiales. En suma, esta etapa
en comparación con la instalación y el transporte es la que mas impactos ambientales genera.

Khan, L., & Tee, K. (2015) hicieron la estimación de emisiones en esta fase, también, a partir de la
energía incorporada. En este caso se basan en dos fuentes de información para este proceso de la
“Cuna a la tumba” y son por lo establecido por Ambrose et al. (2008) y Hammond, G., & Jones, C.
(2008). Los autores de este estudio tiene en cuenta el peso y la longitud del tramo para el cálculo de
las emisiones totales. Como resultados, obtuvieron que el acero y el DI generan mayor cantidad de
emisiones que el PVC.

Petit-Boix et al. (2015) modelaron el proceso de fabricación a partir del uso del programa SimaPro,
en  donde  a  partir  de  la  información  disponible  en  la  base  de  datos  de Ecoinvent  2.2,  fue  posible
calcular las emisiones de esta fase. Sin embargo, el documento del estudio no presenta resultados
discriminados  únicamente  para  esta  fase,  sino  que  se  incluyen  dentro  el  proceso  completo  de
instalación y transporte que fueron las otras dos etapas tenidas en cuenta.

Vahidi et al. (2015) presentaron los resultados obtenidos en la fase de fabricación a partir de un
proceso de modelación en SimaPro que les permitió obtener diferentes categorías de impacto. En este
estudio, se enfocan principalmente en los resultados de esta fase ya que es la que más emisiones
representa en todo el ciclo de vida de los diferentes materiales. Por lo cual, el material que genera

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Tesis II

mayores  impactos  en  todas  las  categorías  ambientales  es  el  DI,  algunas  de  estas  son:  Cambio
climático, radiación, acidificación, uso de suelo, combustibles fósiles y demás. En contraste, el PVC
presenta  la  menor  cantidad  de  efectos  ponderados,  seguido  por  el  concreto  que  resulta  tener  alta
ecotoxicidad.

Chilana  et  al.  (2016)  desarrollaron  los  cálculos  de  esta  etapa  de  forma  similar  que  varios  de  los
estudios previos, ya que se basa en la energía incorporada de los materiales y utiliza como fuente el
Inventario  de  Carbón  y  Energía  (ICE)  desarrollado  por  Hammond,  G.,  &  Jones,  C.  (2011)  en  la
Universidad de Bath. En este estudio comparan dos materiales que son el concreto y el acero; para
este  último  asumen  un  porcentaje  de  reciclaje  del  39%  y  para  el  concreto  tiene  en  cuenta  una
resistencia de 5000 psi. A su vez, agregan dentro de los cálculos la energía incorporada del cemento
de mortero con una relación 1:3 cemento/arena y alambres de acero pretensado.

Hajibabaei et al. (2019) reportaron en su estudio que los valores de la fase de fabricación fueron
obtenidos de industrias en Irán, por lo cual sus cálculos se basan en información real recolectada por
los investigadores. Dentro de los datos que se incluyen están las materias primas vírgenes, los equipos
de manufactura y recubrimientos de las tuberías; mientras que excluyen todo lo relacionado con la
producción y mantenimiento de la maquinaria.

Nandyala et al. (2019) realizaron los cálculos de forma generalizada como fue presentado en estudios
previos, es decir, teniendo en cuenta la energía incorporada de los respectivos materiales. Los
resultados fueron reportados en unidades de peso/longitud/diámetro del sistema inglés (lb/Pies/Pulg).
Este estudio comparó dos materiales y presentó como resultados que las tuberías de acero generan en
promedio un 46.7% más emisiones en comparación con las de concreto con refuerzo de acero.

Alsadi et al. (2020a) efectuaron cálculos del peso de cada sección de tubería para determinar la huella
de carbono, teniendo en consideración las dimensiones y densidades de cada material que compone
cada tipo de tubería. En este caso, también contemplaron los valores de energía incorporada como la
variable base de cálculo. Como resultado, obtuvieron que las tuberías de PCCP, tiene menor huella
de carbono en comparación con el PVC y el CIPP.

4.1.2. Transporte

El transporte es una etapa que no es considerada en todos los estudios de ciclo de vida o que se puede
contemplar  intrínsecamente  en  otras  fases.  Sin  embargo,  algunos  documentos  de  investigación  la
reportan como una etapa independiente ya que representa emisiones importantes que pueden llegar a
varias  los  resultados  si  se  quieren  obtener  con  fines  comparativos.  Por  lo  tanto,  en  la  Tabla  4  se
presentan  los  consolidados  obtenidos  en  diferentes  estudios,  en  donde  se  hace  referencia
concretamente a la fuente de información, especificaciones clave, el tipo de impacto ambiental y los
resultados destacables.

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Tesis II

Tabla 4. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de transporte

Referencia

Especificaciones

Impacto

Resultados

Piratla et al. (2012).
Estimation of CO

Emissions from the Life

Cycle of a Potable Water Pipeline Project
Journal of Management in Engineering

Se consideró la distancia desde la planta
de  manufactura  hasta  el  punto  de
distribución y posteriormente a la zona
de  instalación.  Se  asumió  el  uso  del
mismo tipo de vehículo para todos los
materiales. Se tuvo en cuenta el peso y
carga según el material.

Emisiones de
CO

El PVC-O, HDPE y PVC presentaron
17.79%, 12.62% y 10.89% menos
emisiones en comparación con el DI.

Du et al. (2013).
Life  Cycle  Analysis  for  Water  and
Wastewater Pipe Materials
Journal of Environmental Engineering

Se tuvo en cuenta la distancia de
transporte hasta el punto de instalación,
el consumo de combustible y el tipo de
vehículo.

Emisiones de
CO

El  concreto  reforzado  genera  más
emisiones  en  comparación  con  el
HDPE, PVC, CI, DI y concreto, siento
estas 93.12%, 89.47%, 65.99%, 64.37%
y 8.50% menores, respectivamente

Khan, L., & Tee, K. (2015).
Quantification and comparison of carbon
emissions for flexible underground pipelines
Canadian Journal of Civil Engineering

Contemplaron  la  distancia  desde  la
planta  de  producción  hasta  el  punto
central de instalación del segmento. Se
diferenció el peso según el material y se
asumió  el  uso  de  un  mismo  tipo  de
vehículo.

Emisiones de
CO

El DI es el material que más emisiones
genera por transporte, mientras que el
acero y PVC generan 28.57% y 7.43%
menos emisiones, respectivamente.

Petit-Boix et al. (2015).

Integrated Structural Analysis and Life
Cycle Assessment of Equivalent Trench-
Pipe Systems for Sewerage

Journal: Water Resources Management

Se asumió el transporte desde el punto
de  fabricación  hasta  el  lugar  de
instalación,  así  como  el  transporte  de
materias primas para la instalación y las
generadas  por  este  proceso  y  que,  del
mimos modo, requerían disposición.

Emisiones de
CO

Categorías de
impacto
ambiental

Se contempló un transporte promedio de
30  Km  (concreto,  cemento,  etc)  para
materiales  locales  y  100  Km  para
plásticos  y  metales.  El  punto  de
disposición se ubicó a 10 Km.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Tesis II

Referencia

Especificaciones

Impacto

Resultados

Chilana et al. (2016)
Comparison of carbon footprints of steel
versus concrete pipelines for water
transmission
Journal of the Air & Waste Management
Association

Se consideró la distancia desde la planta
de fabricación hasta los diferentes
puntos de instalación. Se tuvo en cuenta
la longitud y peso de cada sección.

Emisiones de
CO

Categorías de
impacto
ambiental

El  transporte  del  acero  genera  51.1%
menos  emisiones  que  el  proceso  para
tuberías de PCCP.

Hajibabaei et al. (2019)
Life  cycle  assessment  of  pipes  and  piping
process  in  drinking  water  distribution
networks to reduce environmental impact
Journal: Sustainable Cities and Society.

Se tuvo en cuenta el transporte desde la
fábrica hasta el punto de instalación y
se contempló el peso de cada material.

Emisiones de
CO

Categorías de
impacto
ambiental

Las tuberías de PVC, HDPE, DI y acero
generan 14.35%, 14.35%, 25.97% y
26.42%

menos

emisiones

comparación con el Fibrocemento. Este
comportamiento se mantiene para el
resto de categorías de impacto
ambiental.

Nandyala et al. (2019)
Comparison  of  Life  Cycle  Carbon
Footprints  of  Steel  and  Concrete  Pressure
Pipes
Book set: Pipelines 2019 - ASCE

Contempló la distancia desde la planta
de producción hasta el punto central de
instalación del segmento. Se diferenció
el peso del material.

Emisiones de
CO

En  promedio,  el  transporte  de  tuberías
de  acero  genera  51.87%  menos
emisiones  en  comparación  con  el
concreto.

Alsadi et al. (2020b)
Evaluation of Carbon Footprint of Pipeline
Materials during Installation, Operation, and
Disposal Phases
Journal of Pipeline Systems Engineering
and Practice

Se  contempla  el  transporte  de  forma
directa  en  cada  etapa  en  la  que  se
requiere. Por ejemplo en la instalación
se  considera  la  llegada  las  emisiones
por  transporte  de  la  tubería  y  toda  la
maquinaria  y  demás  materias  primas
requeridas.

Emisiones de
CO

Los cálculos se incorporan en los
resultados de las otras etapas.

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Tesis II

De forma general, los resultados presentados en la etapa de transporte se basan en la estimación de
distancias que se deben recorrer en cada uno de los trayectos y es importante tener en cuenta que, en
todos  los  documentos  consultados,  se  consideraron  específicamente  los  tramos  desde  el  punto  de
manufactura hasta la zona de instalación. A su vez, en varios estudios se especificó el tipo de vehículo
utilizado  para  la  carga  de  cada  tubería  y  se  estimó  el  consumo  de  combustible  total,  ya  que  esto
permite obtener un total de emisiones y/o consumo energético haciendo uso de factores de conversión
a  CO

equivalente. En suma, algunas de las investigaciones también incluyeron las distancias de

transporte de los insumos y equipos requeridos para la instalación de los diferentes sistemas, es decir
que contemplaron las emisiones arraigadas a este proceso.

4.1.3. Instalación

La  instalación  de  sistemas  hidráulicos  urbanos  comprende  el  uso  de  tecnologías  específicas  que
permiten la ubicación de redes de tuberías de forma subterránea para el transporte de agua, ya sea
potable o sanitaría. Por lo cual, diferentes estudios comparan el impacto ambiental de instalar estos
sistemas con una única metodología o haciendo un análisis paralelo de múltiples métodos que pueden
ser a cielo abierto o con instalaciones sin zanja. Con base en los anterior, en la Tabla 6 se presenta un
consolidado de los resultados obtenidos en múltiples estudios que abarcan esta etapa del ciclo vida
de sistemas de tuberías. A su vez, esta información fue complementada con los estudios presentados
en la revisión del estado del arte de métodos convencionales o sin zanja, realizada por Kaushal et al.
(2020).  Los  datos  de  dividen  en  referencia,  método,  tipo  de  método,  impacto  y  finalmente  en
resultados obtenidos.

La Tabla 5 presenta la nomenclatura utilizada de aquí en adelante para hacer referencia a los diferentes
métodos de instalación que son presentados en los artículos de investigación.

Tabla 5. Nomenclatura de métodos de instalación

Método

Siglas

Instalación de tuberías a cielo abierto

OCPI

Sin zanja

TCM

Perforación horizontal dirigida

HDD

Microtunelado con tubo hincado

PTMT

Microtunelado

Perforación con tubo sin-fin

Fraccionamiento de tubería

Tunelado a mano

Tubería curada in situ

CIPP

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Andrés D. Ariza M.

Tesis II

Tabla 6. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de instalación

Referencia

Método y tipo

de método

Impacto

Resultados

Rehan, R. & Knight, M. (2007)
Do Trenchless Pipeline Construction Methods
Reduce Greenhouse Gas Emissions?
Report: University of Waterloo

Construcción:
OCPI y TCM

Emisiones de
CO

TCM resultó tener entre un 70%-100% menos
emisiones comparado con el OCPI.

Sihabuddin, S., & Ariaratnam, S. (2009a)
Methodology for estimating emissions in
underground utility construction operations
Journal

Engineering,

Design

and

Technology

Construcción:
OCPI y HDD

Emisiones de
CO

HDD resultó tener menos emisiones en
comparación con OCPI.

Sihabuddin, S., & Ariaratnam, S. (2009b)
Quantification

carbon

footprint

underground utility projects
Construction Research Congress

Renovación:
OCPI y PB

Emisiones de
CO

PB resulta en 80% menos emisiones en
comparación con OCPI.

Joshi, A. (2012)
A Carbon Dioxide Comparison of Open Cut and
Pipe Bursting
Thesis: Bowling Green State University

Renovación:
OCPI y PB

Emisiones de
CO

PB resulta en 72.6% menos emisiones en
comparación con OCPI.

Piratla et al. (2012).
Estimation of CO

Emissions from the Life Cycle

of a Potable Water Pipeline Project
Journal of Management in Engineering

Construcción:
HDD

Emisiones de
CO

Se  usa  el  HDD  porque  este  presenta  menos
emisiones  en  comparación  con  un  método
OCPI. Por lo que presentan resultados generales
sin diferenciación de material.

Du et al. (2013).
Life  Cycle  Analysis  for  Water  and  Wastewater
Pipe Materials
Journal of Environmental Engineering

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Bajo  un  mismo  método  de  instalación,  las
tuberías de DI y CI son las que más emisiones
generan,  en  comparación  con  el  resto  de
materiales utilizados.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Andrés D. Ariza M.

Tesis II

Referencia

Método y tipo

de método

Impacto

Resultados

Ariaratnam et al. (2013)
Quantification of Sustainability Index for
Underground Utility Infrastructure Projects
Journal of Construction Engineering and
Management

Construcción:
OCPI, PTMT,
HDD, y MT

Emisiones de
CO

PTMT, MT y HDD resultaron tener 48.36%,
42.68%

31.65%

menos

emisiones,

respectivamente, en comparación con HT.

Khan, L., & Tee, K. (2015).
Quantification and comparison of carbon
emissions for flexible underground pipelines
Canadian Journal of Civil Engineering

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Teniendo  en  cuenta  que  se  asumió  el  mismo
método  de  instalación  el  acero  genera  mas
emisiones por instalación, mientras que el DI y
el  PVC  generan  66.66%  y  28.88%  menos,
respectivamente.

Petit-Boix et al. (2015).

Integrated Structural Analysis and Life Cycle
Assessment of Equivalent Trench-Pipe Systems
for Sewerage

Journal: Water Resources Management

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Categorías de
impacto
ambiental

Los resultados son diversos ya que se varió la
carga de tráfico y se utilizaron modelos con
únicamente los materiales y otros escenarios
con combinación entre plásticos y concreto, lo
cual aumenta la resistencia a altas cargas.

Chilana et al. (2016)
Comparison of carbon footprints of steel versus
concrete pipelines for water transmission
Journal of the Air & Waste Management
Association

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Dado que es un mismo proceso, las emisiones
para las tuberías de PCCP son de 68.6 lb/pie,
mientras que para el acero son de 67.8 lb/pie.

Mohit et al. (2017)
Comparative study of greenhouse gas emissions
from hand tunneling and pilot tube method
underground construction methods
Journal of Green Building

Construcción:
HT y PTM

Emisiones de
CO

PTM resultó entre 17%-36% menos emisiones
en comparación con HT.

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Andrés D. Ariza M.

Tesis II

Referencia

Método y tipo

de método

Impacto

Resultados

Monfared, M. (2018)
Comparison  of  Trenchless  Technologies  and
Open  Cut  Methods  in  New  Residential  Land
Development
Thesis: University of Alberta

Construcción:
OC, AB y HDD

Emisiones de
CO

AB y HDD resultan entre 70%-99% y 90%-
99%, respectivamente, menos emisiones en
comparación OCPI.

Loss et al. (2018)
LCA comparison of traditional open cut and pipe
bursting systems for relining water pipelines
Journal: Resources, Conservation and
Recycling

Renovación: PB
y OCPI

Emisiones de
CO

PB resulta tener menores emisiones en
comparación con OCPI.

Hajibabaei et al. (2019)
Life cycle assessment of pipes and piping process
in drinking water distribution networks to reduce
environmental impact
Journal: Sustainable Cities and Society.

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Categorías de
impacto
ambiental

Las tuberías de fibrocemento generan mayor
impacto en todas las categorías ambientales que
el resto de materiales, si se utiliza el mismo
método de instalación para todos.

Nandyala et al. (2019)
Comparison of Life Cycle Carbon Footprints of
Steel and Concrete Pressure Pipes
Book set: Pipelines 2019 - ASCE

Construcción:
OCPI

Emisiones de
CO

Al utilizase un mismo método de instalación,
ambos materiales generan emisiones similares,
siendo estas 31.89 lb/pie para el acero y 30.99
lb/pie para el concreto.

Alsadi et al. (2020b)
Evaluation  of  Carbon  Footprint  of  Pipeline
Materials  during  Installation,  Operation,  and
Disposal Phases
Journal of Pipeline Systems Engineering and
Practice

Construcción:
OCPI, PB y CPP

Emisiones de
CO

CIPP y PB resultan tener 89.07% y 81.62%
menos emisiones en comparación con OCPI.

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Andrés D. Ariza M.

Tesis II

A continuación, se realiza una descripción más detallada de cada uno de los estudios, así como
consideraciones importantes que fueron tenidas en cuenta:

Rehan, R. & Knight, M. (2007) compararon la emisiones generadas por los métodos de instalación a
cielo abierto (OCPI) y sin zanja (TCM) para sistemas de abastecimiento y sanitarios. El estudio tuvo
en consideración el consumo de combustible generado por demoras en el tráfico y el usado por
maquinaria requerida para operaciones de excavación, compactación, relleno y repavimentación. El
estudio encontró que la instalación de sistemas sanitarios genera un alto incremento de emisiones de
CO

por interrupciones en el tráfico de vías principales. En suma, concluyeron que los métodos TCM

son más eficientes porque reducen el tiempo de duración del trabajo y se consiguen disminuciones de
entre el 78% y el 100% de las emisiones.

Sihabuddin, S., & Ariaratnam, S. (2009a) dispusieron de un modelo para comparar el método OCPI
y un método TCM que fue el de perforación horizontal dirigida (HDD). En este caso también
consideraron el impacto ambiental generado por cada tecnología y sus resultados refuerzan la teoría
de que los métodos sin zanja producen menos emisiones en comparación con la instalación a cielo
abierto.

Sihabuddin, S., & Ariaratnam, S. (2009b) compararon las emisiones generadas por dos métodos de
instalación de tuberías que fueron OCPI y fraccionamiento de tubería (PB); en la instalación de una
línea de aguas residuales por medio de un programa de cuantificación de emisión de gases de efecto
invernadero como el dióxido de carbono (CO

), monóxido de carbono (CO), oxido de nitrógeno

(NO

), hidrocarburos (HC), óxidos de azufre (SO) y material partículado (TM). Obtuvieron como

resultados que el método de PB genera 80% menos emisiones en comparación con el de OCPI.

Joshi, A. (2012) también investigó y comparó aspectos ambientales de los métodos de OCPI y PB
para determinar las emisiones de CO

durante el uso de maquinaria de construcción y por afectaciones

de tráfico durante los procesos de instalación. Este estudió determinó que por medio de PB se obtienen
72.6% menos emisiones en comparación con OCPI.

Piratla et al. (2012) hacieron la comparación entre el método a cielo abierto y un método TCM que
es el de perforación horizontal dirigida (HDD), y presentan los resultados de este último. Para los
cálculos, utilizan un programa llamado “Emission calculator”, desarrollado por Sihabuddin, S., &
Ariratnam, S. (2009a), el cual permite cuantificar emisiones resultantes de proyectos subterráneos y
tiene la opción para clasificar cada proceso según el tipo de vehículo y de tal forma obtener
cuantificaciones de tiempo de uso y gasto energético.

Du et al. (2013) en su estudio únicamente hacen uso de la metodología convencional a cielo abierto
para la instalación de los ductos. Por lo que tuvieron en cuenta el cálculo de los volúmenes de suelo
excavado para determinar el consumo de combustible de cada vehículo, así mismo, los autores se
apoyaron en las diferentes normas de instalación según el material para determinar la profundidades
y demás parámetros de la instalación. Los resultados de emisiones fueron similares para todos los

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Andrés D. Ariza M.

Tesis II

materiales, sin embargo, las tuberías de hierro (dúctil y fundido) son las que más emisiones generan
y los plásticos (PVC y HDPE) los que menos. En la investigación reportan que la energía de
producción y mantenimiento de la maquinaria de excavación no fue tenida en cuenta, así como la
energía incorporada de los materiales de relleno del lecho.

Ariaratnam et al. (2013) contemplaron aspectos como impacto ambiental, costo e impacto social, al
comparar cuatro métodos de instalación que fueron OCPI, HDD, microtunelado con tubo hincado
(PTMT) y microtunelado (MT). El estudió introdujo un índice para generar un ranking que permita
servir como herramienta en la toma de decisión para la escogencia de metodologías de instalación de
tuberías. Los resultados demostraron que el PTMT genera 48.36% menos emisiones que el OCPI y
para el MT y HDD estos porcentajes son del 42.68% y del 31.65%, respectivamente.

Khan, L., & Tee, K. (2015) consideraron dentro de su estudio la instalación por medio del método a
cielo abierto. Para este realizaron la estimación de emisiones de procesos constructivos principales
como excavación, recubrimiento de tuberías y relleno del lecho. Para cada proceso se estimó el tiempo
de uso y el consumo de combustible en ese periodo para finalmente obtener las emisiones con un
factor de conversión de 10.1 Kg de CO

por cada galón de diésel. Se obtuvo como resultado que el

material que más emisiones genera es el acero, seguido por la de DI y finalmente el PVC.

Petit-Boix et al. (2015) establecen en su investigación únicamente el uso del método de instalación a
cielo abierto. En este tienen en cuenta los procesos relacionados con excavación, relleno del lecho y
compactación, en donde hacen diferentes variaciones de los materiales para el relleno y evalúan de
tal forma la resistencia y durabilidad de estos a múltiples cargas de tráfico pasando por la superficie.
Por lo tanto, los resultados obtenidos se presentan en la sección de emisiones totales del ciclo de vida.

Chilana et al. (2016) reportaron que para este estudio únicamente se tuvieron en cuenta actividades
principales de instalación a cielo abierto como excavación, carga, relleno, acarreo y compactación.
A  su  vez,  diferenciaron  cada  material  teniendo  en  cuenta  el  peso,  longitud,  sección  transversal  y
volumen  de  excavación/relleno.  También  contemplaron  factores  relacionados  con  el  suelo  y  los
equipos utilizados, de tal forma establecieron el consumo de combustible por cada uno y se llegó a
un  total  de  emisiones.  En  este  caso,  los  resultados  reportan  valores  muy  similares  para  ambos
materiales, sin embargo, para el concreto es mayor.

Mohit et al. (2017) condujeron una investigación para comparar las emisiones de dos métodos que
fueron tunelado a mano (HT) y PTMT. En este caso ambos se utilizaron para la instalación de tuberías
de 27 pulg en una línea de alcantarillado de arcilla, con profundidades de 12.8 m y longitud de 60 m.
Los resultados mostraron que el número de emisiones disminuía de un 17% a un 36% usando PTMT
en comparación con el método tradicional de HT.

Monfared, M. (2018) realizó una comparación entre OCPI, perforación de tubo sin-fin (AB) y HDD,
a partir de dos casos de estudio en Edmonton, Canadá donde se consideraron líneas de transporte de
agua de suministro, residual y lluvias. Los resultados indicaron que las emisiones generadas con el

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método de OCPI fueron significativamente mayores en comparación con los métodos sin zanja. La
reducción fue entre un 70% y un 99% para AB y entre un 90% y 99% para HDD.

Loss et al. (2018) desarrollaron un estudio donde demuestran que el método de OCPI, generalmente,
produce grandes problemas ambientales arraigados a la disposición de suelo como un residuo, al
incremento en el consumo de combustibles y a mayores volúmenes de grava, arena y asfalto.

Hajibabaei et al. (2019) para la instalación tuvieron en cuenta únicamente el método a cielo abierto.
En este caso, dentro del estudio se incluyó información referente al impacto ambiental de los procesos
de excavación y compactación, así como los materiales requeridos para la realización y relleno de la
zanja. No se incluyó datos sobre producción y mantenimiento de la maquinaria, drenaje de las tuberías
y sus respectivos testeos hidrostáticos.

Nandyala et al. (2019) utilizaron únicamente un método de instalación para comparar los materiales
y fue el de OCPI. En este caso contemplaron el uso de maquinaría y materiales para la excavación,
relleno y pavimentación de la zanja por medio del tiempo de uso de cada uno. De tal forma se
obtuvieron las emisiones generadas en el total de tiempo. Como resultado presentaron que en la
instalación, las tuberías de concreto generan mayor cantidad de emisiones en comparación con las de
acero.

Alsadi et al. (2020b) comparan tres metodologías de instalación que son OPCI, tuberías curadas in
situ  (CIPP)  y  PB.  En  este  estudio  tuvieron  en  cuenta  las  emisiones  por  transporte  de  equipos  y
materiales,  por  uso  de  maquinaria,  relleno  y  pavimentación.  Para  la  estimación  hicieron  uso  del
software  e-calc  desarrollado  por  la  Arizona  State  University.  Obtuvieron  como  resultado  que  los
métodos de CIPP y PB resultan tener 89.07% y 81.62% menos emisiones en comparación con OCPI.

4.1.4. Operación

La fase de operación comprende la energía requerida para que el sistema funcione a lo largo de su
vida  útil,  es  decir  que,  según  el  estudio  se  puede  considerar  consumo  energético  por  bombeo,
mantenimiento y posibles reparaciones. Este tipo de estimaciones va arraigado con el tipo de tubería
que se contemple ya que en estas varía el caudal que pueden transportar y la rugosidad de sus paredes.
Sin embargo, esta es una etapa que no es considerada en todos los análisis de ciclo de vida, haciendo
que el número de estudios que la contemplan sea más reducido. Teniendo en cuenta lo anterior, en la
Tabla 7 se presentan diferentes investigaciones con sus resultados para la operación de tuberías y se
divide  la  información  en  referencia,  tiempo  total  de  uso,  tipo  de  impacto,  consideraciones  y
resultados.

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Tabla 7. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de operación

Referencia

Tiempo

Impacto

Consideraciones

Resultados

Piratla et al. (2012).
Estimation

Emissions from the Life
Cycle of a Potable Water
Pipeline Project
Journal of Management
in Engineering

50 años

Emisiones
de CO

Se tuvo en cuenta el
consumo energético
y emisiones por
bombeo,
mantenimiento

reparaciones.

El PVC-O, PVC y
HDPE

presentaron

3.37%,

2.41%

0.13%

menos

emisiones,
respectivamente, en
comparación con el
DI.

Khan, L., & Tee, K.
(2015).
Quantification

and

comparison  of  carbon
emissions  for  flexible
underground pipelines
Canadian  Journal  of
Civil Engineering

50 años

Emisiones
de CO

asume

únicamente

cálculo

emisiones

por

bombeo.

Los  resultados  son
cercanos, sin embargo
el  acero  genera  más
emisiones,  mientras
que  el  PVC  y  DI
generan  9.67%  y
3.22%

menos,

respectivamente.

Chilana et al. (2016)
Comparison  of  carbon
footprints  of  steel  versus
concrete  pipelines  for
water transmission
Journal  of  the  Air  &
Waste

Management

Association

40 años

Emisiones
de CO

asume

únicamente

cálculo

emisiones

por

bombeo.

Al utilizar la misma
bomba en ambos
sistemas,

las

emisiones

son

iguales, es decir 8.9
lb/pie.

Nandyala et al. (2019)
Comparison of Life Cycle
Carbon Footprints of
Steel

and

Concrete

Pressure Pipes
Book set: Pipelines 2019
- ASCE

50 años

Emisiones
de CO

asume

únicamente

cálculo

emisiones

por

bombeo.

Se establece el uso de
un  mismo  tipo  de
bomba  independiente
del material y se tiene
en cuenta el consumo
energético.

Alsadi et al. (2020b)
Evaluation  of  Carbon
Footprint  of  Pipeline
Materials

during

Installation,

Operation,

and Disposal Phases
Journal

Pipeline

Systems

Engineering

and Practice

100 años Emisiones

de CO

Se  contempla  el
proceso  de  bombeo
y mantenimiento de
las tuberías.

Las tuberías de PCCP
generan

más

emisiones en su fase
de

operación,

mientras que las de
PVC, HDPE y CIPP,
registran

13.44%,

11.72% y 6.33%
menos

emisiones,

respectivamente.

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Tesis II

A continuación, se realiza una descripción más detallada de cada uno de los estudios presentados en
esta etapa:

Piratla  et  al.  (2012)  realizan  la  cuantificación  de  la  huella  de  carbono  a  partir  de  tres  procesos
principales  que  comprenden  el  uso  de  las  tuberías  y  que  son  el  bombeo,  mantenimiento  y
reparaciones.  Para  el  primero,  los  autores  tuvieron  en  cuenta  la  rugosidad  de  cada  material  y  la
eficiencia de un tipo de bomba que se mantiene constante para los diferentes tipos de tubería, por lo
que  fue  posible  calcular  la  potencia  requerida.  Para  el  mantenimiento,  aunque  lo  consideran,  no
reportan cálculos ya que se asume como mínimo al tratarse de tuberías para el transporte de agua
potable. Por último, los cálculos de reparaciones fueron realizados a partir de análisis de regresiones
para predecir modelos de fugas que dependían del tiempo, la longitud y el diámetro nominal de los
ductos.

Khan, L., & Tee, K. (2015) proponen un proceso de estimación de uso de energía por bombeo de
agua a través de las tuberías, para esto calcularon el consumo de energía total a partir de la potencia
requerida por bombas de tipo centrífugas que serían utilizadas de mismo modo por los tres tipos de
materiales. Por lo tanto, los factores diferenciales entre los materiales son las pérdidas de fricción que
dependen de la resistencia que genere cada materia prima.

Chilana et al. (2016) consideró que los dos materiales por comparar (acero y cemento) deben llevar
un recubrimiento interno de mortero de cemento al tratarse de tuberías para el transporte de agua. Por
lo cual, la energía requerida para el bombeo en ambas tuberías es la misma porque comparten el
mismo coeficiente de Manning. Es por esto que, el valor que reportan es un estimado de consumo de
energía disponible para tuberías existentes.

Nandyala et al. (2019) consideraron la operación bajo condiciones de número de bombas requeridas,
pendiente del terreno y condiciones especificas del proyecto. Por lo tanto, para este estudio asumieron
el uso de la misma metodología que Chilana et al. (2016) y obtienen como resultado el mismo
consumo energético para los dos tipos de materiales analizados.

Alsadi et al. (2020b) consideraron dos procesos para la etapa de operación que fueron el bombeo y
mantenimiento  de  los  ductos.  Para  el  primero  consideraron  la  medición  del  área  de  sección
transversal, el coeficiente de fricción y la eficiencia de bombeo según cada material; por lo que esto
permitió  determinar  que  la  eficiencia  de  bombeo  varía  con  la  edad,  fabricante  y  condición  de  la
tubería. En este caso asumieron una eficiencia de la bomba del 70%, un tiempo de operación por día
de 6 horas y para calcular la potencia de la bomba se basaron en la ecuación de Hazen - Williams. En
cuanto al mantenimiento, asumieron el uso del método de Pigging que consiste en la inyección de
agua  a  presión  en  los  ductos  que  permite  la  remoción  de  residuos  o  biopelículas.  Para  esto
consideraron que las emisiones se generan a partir del uso de combustible para llegar al sitio de la
operación, el combustible para realizar la limpieza y la energía requerida para tratar el agua residual
generada. Como resultados, se obtuvo que las emisiones por limpieza son muy similares entre cada

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material y casi despreciables en comparación con las generadas en el bombeo, por lo que le material
con mayor huella de carbono es el PCCP, seguido por el CIPP, HDPE y PVC, respectivamente.

4.1.5. Disposición y/o reutilización

La última fase del ciclo de vida comprende el proceso de disposición, reutilización o abandono de los
materiales de tubería. No obstante, es la fase menos estudiada en la literatura consultada, por lo que
en la Tabla 8 se presentan algunas investigación que abarcaron estos procesos y la información se
organiza en referencias, procesos y resultados obtenidos.

Tabla 8. Resultados de estudios de ciclo de vida - Etapa de disposición final

Referencia

Proceso

Resultados

Piratla et al. (2012).
Estimation of CO

Emissions

from the Life Cycle of a
Potable

Water

Pipeline

Project
Journal of Management in
Engineering

Disposición final

Teniendo en cuenta que se necesita gastar
mucha energía en excavar la cubierta sobre
la tubería para poder reciclarla, en esta
investigación se asume que las tuberías se
abandonan después de su período de vida
útil.

Nandyala et al. (2019)
Comparison  of  Life  Cycle
Carbon  Footprints  of  Steel
and Concrete Pressure Pipes
Book  set:  Pipelines  2019  -
ASCE

Reciclaje

Disposición final

Se asume como reciclable el 80% del acero
y que de las tuberías de concreto se puede
extraer únicamente el acero de refuerzo
para ser reutilizado.

Alsadi et al. (2020b)
Evaluation

Carbon

Footprint

Pipeline

Materials  during  Installation,
Operation,  and  Disposal
Phases
Journal of Pipeline Systems
Engineering and Practice

Reciclaje

Disposición final

Según el material se varió el % de reciclaje,
menos en el PCCP que se dispone
completamente. Esto permite que al usar
materiales

reciclados,

consumo

energético de fabricación se reduzca en
81.75%, 40.85% y 57.35%, para el PCCP,
PVC y HDPE, respectivamente.

A continuación, se realiza una descripción más detallada de cada uno de los estudios presentados en
esta etapa:

Piratla et al. (2012) reportan que hay tres alternativas cuando el material de la tubería cumple con su
funcionamiento y son: disponerlo, reciclarlo o abandonarlo. En este caso, consideran que una de las
alternativas más comunes es el abandonarlo y deciden asumirla en este estudio. Lo anterior dado que
se requeriría plantear un nuevo proceso de extracción de la tubería, lo cual implica el uso de energía
adicional.

Nandyala et al. (2019) asumieron en su estudio un porcentaje de reciclaje de las tuberías de acero del
80%. En cuanto a los ductos de concreto, consideran que el acero utilizado como refuerzo también

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puede ser reutilizado por lo que sería necesario llevar a cabo un proceso de separación. A su vez los
agregados resultantes pueden usarse como materiales de relleno en el sitio de trabajo o en capas de
pavimento. Como resultado, presentaron que usando acero reciclado se puede llegar a reducir en un
75% el consumo energético en la fabricación de este tipo de ductos, en comparación con el uso de
materias primas vírgenes.

Alsadi et al. (2020b) calcularon las emisiones generadas por reciclar los materiales de tubería para
así estimar el impacto en la fabricación de los materiales a partir del reciclaje de estos. A su vez,
estimaron el gasto energético en el proceso de disposición de estos materiales. Los resultados del
estudio mostraron que materiales como el PVC y el HDPE requieren de alta energía para su reciclaje
dado que se asume que puede ser usado nuevamente en un 50%. En cuanto a la tubería de PCCP, esta
se divide en acero, concreto, mortero y alambre pretensado, los cuales se reciclan en un 80%, 20%,
0% y 80%, respectivamente. Las tuberías de CIPP no cuentan con un proceso de reciclaje por lo que
el total de energía se atribuye al proceso de disposición. Teniendo en cuenta lo anterior, el material
que menores emisiones genera por reciclaje y disposición es el PCCP.

4.1.6. Resultados generales de Análisis de Ciclo de Vida

La cuantificación total de emisiones en un ciclo de vida considera la suma de los resultados de cada
una de las etapas contempladas en los diferentes estudios. Por lo tanto, a continuación se presentan
los resultados obtenidos en cada una de las investigaciones mencionadas anteriormente y que los
consideran de forma ponderada:

En el estudio desarrollado por Piratla et al. (2012), se obtuvo que el DI es el material que más
emisiones genera a lo largo de su ciclo de vida, emitiendo cerca de un 4.22% más que el material con
menores resultados que el es PVC-O. A su vez, la fase que más emisiones genera es la de uso de las
tuberías, ya que representa entre un 97.7% y 98.6% del total de emisiones, siendo esto contrastable
con las etapas de instalación y transporte a las cuales se les atribuye una pequeña proporción. La
comparación de los resultados por material se muestra en la Ilustración 19.

Ilustración 19. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de

Piratla et al. (2012)

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Du et al. (2013) reportaron que para tuberías de diámetros menores a 24 pulg, el DI es el material que
más  emisiones  genera  a  lo  largo  de  su  ciclo  de  vida,  sin  embargo  para  diámetros  mayores  a  30
pulgadas  las  tuberías  de  PVC  son  las  que  mayor  cantidad  de  impactos  generan  por  kilómetro
analizado. Lo anterior lo reportan como un hecho que se puede deber al grosor de la tuberías, ya que
la relación grosor/diámetro incrementa más en los plásticos. El concreto resulta ser el material con
menores  emisiones  a  pesar  de  su  alta  demanda  energética  en  la  producción.  A  su  vez,  la  fase  de
producción comprende entre el 92 y 99% de las emisiones de CO

totales y reportan que las etapas

de uso y disposición final no fueron tenidas en cuenta. La comparación de los resultados por material
y por diámetro se muestra en la Ilustración 20, teniendo en cuenta que el análisis fue hecho con la
unidad funcional de Kg/Km.

Ilustración 20. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Du et al. (2013)

Khan, L., & Tee, K. (2015) presentaron el total de emisiones de CO

generadas en todo el ciclo de

vida de los materiales desde la fase de manufactura hasta su uso completo en un periodo de 50 años.
Por lo cual, como se puede ver en la Tabla 9, tanto en sistemas a gravedad como a presión el orden
de mayor a menor cantidad de emisiones es: Acero, DI y PVC. A su vez, presentan un análisis de
costo monetario de compensación de CO

, el cual toman como £10/Ton emitida de este gas. Por lo

cual, se mantiene el mismo orden de jerarquía en los costos de compensación según el material.

Tabla 9. Resultados de emisiones y costos de CO

reportados por Khan, L., & Tee, K. (2015)

Emisiones y precios del CO

para sistemas a gravedad

Material

Emisiones (Kg)

Precio (£/m)

Acero

12.0E+07

1.2

9.02E+07

0.9

PVC

8.46E+07

0.846

Emisiones y precios del CO

para sistemas a presión

Material

Emisiones (Kg)

Precio (£/m)

Acero

12.21E+07

1.22

9.18E+07

0.918

PVC

8.4E+07

0.84

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Petit-Boix et al. (2015) presentaron los resultados de su estudio divididos en diferentes categorías de
impacto  entre  las  que  se  encuentra:  Potencial  de  agotamiento  abiótico  (ADP),  potencial  de
acidificación  (AP),  potencial  de  eutrofización  (EP),  potencial  de  calentamiento  global  (GWP),
potencial  de  agotamiento  de  ozono  (ODP),  potencial  de  toxicidad  humana  (HTP),  potencial  de
creación  de  ozono  (POCP)  y  demanda  de  energía  acumulada  (CED).  En  este  caso  realizaron  la
comparación de PVC y HDPE de diferentes grosores de pared de la tubería. Por lo tanto, se evidencia
que los escenarios de HDPE tienden a generar mayor impacto que los de PVC, a excepción de las
categorías de EP y HTP. Sin embargo, es importante anotar que la mayoría de los grosores reportados
no son iguales por lo cual no se partiría de un mismo punto equitativo de comparación. Por otro lado,
el estudio reporta que, en el caso de las tuberías de concreto, estas al tener el mismo grosor cumplen
con todos los requisitos de carga de tráfico que fueron estudiados, lo cual no generan cambios en los
parámetros de estudio ambiental y resulta ser un material óptimo por su alta resistencia.

Ilustración 21. Resultados de categorías de impacto ambiental reportados por Petit-Boix et al. (2015)

Vahidi et al. (2015) ponderaron en su estudio las etapas de fabricación, transporte, instalación y uso.
Sin embargo, solo presentaron de forma de tallada los resultados obtenidos en la fase de fabricación
por ser la que mayores impactos genera y también las deducciones generales por cada material. Los
resultados son discretizados según etapas de impacto ambiental, como se puede apreciar en la
Ilustración 22. En este caso, se evidencia que el DI es el material que más impactos genera en casi
todas las categorías y de forma general resulta tener más de cuatro veces los impactos del PVC. Hay
dos categorías en específico en donde otros dos materiales resultan producir más problemas y son el
FRP y el concreto, en afectaciones a la capa de ozono y ecotoxicidad, respectivamente.

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Ilustración 22. Resultados de categorías de impacto ambiental reportados por Vahidi et al. (2015)

Chilana et al. (2016) presentaron en la Ilustración 23 los resultados según cada etapa del estudio. En
esta se puede apreciar que, en la fabricación el acero es el material que más emisiones de CO

genera

y por ende, al ser esta la fase que mayor impacto genera en el ciclo, es el material con mayor huella
de carbono a pesar de que se asume un porcentaje de reciclaje del 39%. Por parte del concreto, este
material genera más emisiones en el transporte y en la instalación, pero la diferencia no es del todo
significativa.

Ilustración 23. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Chilana et al. (2016)

Hajibabaei et al. (2019) en su estudio consideraron una sección de la red de distribución de agua
potable de la ciudad de Teherán en Irán. Los resultados de la Tabla 10 demuestran que el DI es el
material que más impactos genera, en comparación con el resto que fue seleccionado, en todas las

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categorías de impacto. A su vez, el acero es el siguiente material con más altos índices por categoría,
en especial en calentamiento global (GWP). En cuanto al fibrocemento, este material resulta tener un
alto impacto en demanda acumulada de energía, por lo cual, los termoplásticos presentan mejores
resultados en este caso comparativo.

Tabla 10. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Hajibabaei et al. (2019)

Categoría

de impacto

Unidad

PVC

Fibrocemento

Acero

HDPE

GWP

Kg CO

13324.09

230928.1

4883186

1352078 59943.81

OLD

Kg CFC-11 eq

0.002

0.03

0.49

0.08

0.007

Kg C

3.16

89.45

2358.30

537.91

16.79

Kg SO

64.81

1980.79 33674.14

6806.15

296.06

Kg PO

15.34

637.85 14950.76

3444.42

65.87

CED

230914.1

25391934 65361493 18090574

1288234

Nandyala et al. (2019) determinaron que las emisiones producidas a lo largo del ciclo de vida de las
tuberías de acero son mayores que las del concreto. Sin embargo, al considerar la producción de acero
desde materias primas recicladas, este puede llegar a tener una menor huellas de carbono que el
concreto. Por otro lado, la Ilustración 24 representa que en su mayoría las emisiones de CO

están

arraigadas con el proceso de producción y fabricación de las tuberías, abarcando un 74.5%, mientras
que para la instalación es del 21.5%, para la operación del 3.1% y para el transporte del 0.9%.

Ilustración 24. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de

Nandyala et al. (2019)

Alsadi et al. (2020b) contemplaron en su estudio todas las etapas de ciclo de vida de cuatro diferentes
materiales de tuberías. Por lo cual, a partir de la Ilustración 25 se puede apreciar que el material que
mas emisiones genera es el CIPP, seguido por el PCCP, HDPE y finalmente el PVC. A su vez, se
evidencia que en la mayoría de los casos la etapa que tiene más huella de carbono es la de operación
y seguida por la de fabricación. Sin embargo, en el PCCP se evidencia que la etapa de instalación es

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la segunda que más emisiones genera, sirviendo como contraste con la instalación que es la que menos
impacto presenta en comparación con los otros materiales. Finalmente, se evidencia que la fase de
disposición genera muy bajas emisiones en comparación con las otras etapas y resulta ser mayor en
el CIPP ya que este material no permite ningún proceso de reciclaje.

Ilustración 25. Resultados del análisis de ciclo de vida para el estudio de Alsadi et al. (2020b)

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5. CASO DE ESTUDIO

A partir de lo establecido en el estado del arte fue posible comprender la importancia y el amplio
rango de aplicación de los estudios de ciclo de vida, ya que estos aportan a la toma de decisión en la
escogencia  de  variables  dentro  de  obras,  proyectos,  políticas  públicas  y  demás.  Sin  embargo,  es
imperante resaltar que aun no se cuenta con este tipo de estudios sobre proyectos hidráulicos urbanos
en Colombia y, asimismo, hay vacíos de información sobre la existencia de estos en la región. Es por
esto que, es de gran importancia incentivar la ejecución de este tipo de trabajos investigativos con
variables  locales  que  permitan  aportar  al  desarrollo  tanto  económico  como  sostenible  del  país.
Teniendo en cuenta lo anterior, en esta sección se presenta la información concerniente al caso de
estudio y su respectiva justificación para la construcción del pertinente análisis del ciclo de vida.

5.1. Ubicación

La ubicación del lugar de instalación es de suma importancia ya que este punto representa el territorio
de llegada y de partida para el transporte de las materias primas, de los insumos y equipos de
instalación. Asimismo, en esta zona se realizan los trabajos de mantenimiento y operación
dependiendo de la escogencia y alcance de las etapas del ciclo de vida.

En este caso, el lugar seleccionado es en la ciudad de Bogotá, específicamente en la Calle 127 con
Avenida Suba. La localización de este punto se presenta en la Ilustración 26.

Ilustración 26. Vista satelital del punto de localización del caso de estudio

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En cuanto a la justificación de la escogencia del proyecto en esta ciudad, es porque representa uno de
los centros poblados con mayor crecimiento del país y porque en esta se desarrolla gran cantidad del
comercio relacionado con tuberías de sistemas hidráulicos, por lo que el transporte es viable y hay
múltiples vías de acceso. A su vez, el punto está localizado en el norte de la ciudad entre dos vías
principales rodeadas de zonas comerciales y residenciales, por lo que se puede suponer la instalación
de sistemas con múltiples diámetros que permitan solventar las necesidades de prestación de
servicios.

5.2. Selección de materiales

La selección de los materiales para realizar el análisis se basó en diferentes variables de escogencia,
estas se describen en seguida:

• Se analizó la composición de materiales de la red de tuberías de la zona 1 de Bogotá, para

tener en cuenta la composición real de una red de la ciudad en la cual se localiza el caso de
estudio. Lo anterior permitió que se seleccionaran materiales como el PVC, concreto, hierro
dúctil (DI) y acero.

• Dentro de la amplia variedad de materiales que se encuentran en el mercado fue importante

tener en cuenta los que más se comercializan en el país, para de tal forma poder realizar
consultas con las diferentes industrias nacionales. A partir de este punto fue posible tomar la
determinación de no tener en cuenta las tuberías de plástico reforzado con fibra de vidrio y
las de arcilla vitrificada por su baja participación en el mercado.

• Se tuvo en cuenta la disponibilidad de información y la factibilidad de establecer

colaboraciones con industrias para acceder a esta, o en dado caso, que la información
estuviese disponible en la literatura.

• Otro factor importante es la existencia de materiales emergentes que se están posicionando

en el mercado como alternativas factibles de escogencia gracias a sus propiedades cada más
más competitivas. Por ende, se incluyó a las tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE)
y de polipropileno (PP).

• Se decidió establecer un escenario en el cual se utiliza cierto porcentaje de PVC reciclado en

la fabricación de las tuberías y el resto se contempla como material virgen. Por lo cual se
instruye como un material aparte que puede ser comparado con el resto en la fase de
manufactura.

Con base en lo anterior, los materiales seleccionados fueron los siguientes:

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5.3. Determinación de variables base

La determinación de las diferentes variables base del estudio es de suma importancia para establecer
el alcance investigativo y para poder organizar la información referente a la modelación
computacional. Primero, se constituyó como un punto importante que el estudio abarque tuberías para
sistemas de abastecimiento y sanitarios, ya que de esta forma se puede hacer acotaciones de diferentes
diámetros a evaluar, así como la variación de factores fundamentales como la presurización o flujo a
superficie libre del agua que pase por los ductos. Teniendo en cuenta la anterior, para la escogencia
de los diámetros fue necesario combinar dos puntos clave que fueron el análisis de la red de tuberías
de la zona 1 de Bogotá y la disponibilidad de diámetros a nivel comercial, por esto se instó a escoger
los siguientes:

Concreto

PVC

PVC Reciclado

HDPE

Acero

Abastecimiento

• 250 mm
• 350 mm

Sanitario

• 700 mm
• 900 mm

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Por otro lado, la longitud total de análisis se determinó como de 100 metros y se estableció una
diferencia de cabeza de altura entre el punto inicial y final del sistema de 0.5 metros. Lo anterior dado
que se trata de un tramo con una longitud limitada y no tan pronunciada. A su vez, el tiempo de
operación total de cada sistema se establece como de 100 años, ya que este periodo permite cubrir un
tiempo de vida alto para todos los materiales de tuberías. Sin embargo, por la revisión bibliográfica
es claro que no todos pueden alcanzar este tiempo de servicio pero, por efectos comparativos y al
tratarse de un ejercicio teórico, se decidió establecerlo como un periodo base en el cual ninguno se
reemplazaría.
En cuanto a las etapas del ciclo de vida que se busca abarcar, es fundamental que para que se trate de
un análisis completo y por ende se contemple un periodo establecido como “Cradle to Grave” (desde
la Cuna hasta la Tumba), es decir que se consideren cada una de las fases que serías las siguientes:

Dentro de cada una de las fases se contemplan ciertos aspectos que se incluyen o excluyen de cada
análisis, por lo que en la Tabla 11 se especifica cada uno de ellos.

Tabla 11. Aspectos incluidos y excluidos de cada etapa de análisis

Fase

Incluido

Excluido

Fabricación

La manufactura de las materias
primas requeridas para obtener cada
insumo, así como los procesos de
fabricación de los tubos.

La  extracción  de  las  materias
primas vírgenes, la fabricación y
mantenimiento  de  la  maquinaria
necesaria.

Transporte

Tipo de vehículo, distancia recorrida
y consumo de combustible.

Producción y mantenimiento de
los vehículos.

Instalación

Emisiones

generadas

por

maquinaria y transporte de materias
primas.

Producción y mantenimiento de
equipos, fabricación de insumos y
proceso de repavimentación de la
superficie.

Operación

Pérdidas por fricción, tiempo de uso
diario por el periodo de modelación,
uso de bombas y mantenimiento de
los ductos

Presión de entrega, fabricación y
mantenimiento de las bombas.

Reciclaje

Transporte hasta el centro de acopio
o punto de reciclaje.

Proceso

reciclaje

transformación de los materiales.

Es importante tener en cuenta que dentro del ciclo de vida no se incluyen las estimaciones
relacionadas con el proceso de desmantelamiento del sistema cuando este cumple su tiempo de vida
útil.

Fabricación

Transporte

Instalación

Operación

Reciclaje

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6. MODELACIÓN DE CASO DE ESTUDIO

Para realizar el proceso de modelación computacional se recopiló información de cada una de las
etapas descritas anteriormente para cada material. Estos datos se ingresaron al software SimaPro en
forma de escenarios y así se pudo evaluar la huella de carbono. Cabe aclarar que la información que
fue suministrada por medio de la consulta con empresas de la industria, se reporta con la fuente de
“Fabricante” por términos de confidencialidad de esta. Con base en lo anterior, los datos y los cálculos
correspondientes se describen a continuación según la etapa de ciclo de vida correspondiente.

6.1. Fabricación

Para la fase fabricación es importante establecer que se consultó información con empresas del sector
de la manufactura de tuberías. A su vez, ciertos puntos clave fueron obtenidos de la literatura y se
utilizó Google Earth y Google Maps para la referenciación de puntos y distancias de transporte. A
continuación, se presenta la información utilizada en cada caso.

6.1.1. Acero

Para  las  tuberías  de  acero,  el  fabricante  reportó  que  en  promedio  para  el  año  2020  se  registró  un
consumo  energético  de  75.49  kWh  para  la  producción  de  una  tonelada  de  tuberías,  bajo  una
proporción del 80% de ese valor para la producción de la lámina que se utiliza para moldear la tubería
y del 20% para producir la tubería como tal. A su vez, se consultó el catalogo del fabricante para
saber la longitud y el peso que puede tener una sección total de tubería según el diámetro. En este
caso, es importante aclarar que no se producen tuberías de diámetros tales como 250, 350, 700 y 900
mm, por lo que este ejercicio de cálculo se realizó con fines netamente comparativos y asumiendo
proporciones  de  consumo  y  peso  de  materiales  similares  a  las  de  los  diámetros  disponibles  en  el
mercado. En este caso, las secciones se producen en longitudes de 12 metros y el peso se reporta para
la unidad completa, por lo que se interpoló el resultado para la longitud total de instalación de 100 m.

Con base en lo anterior, en la Tabla 12 se presentan los resultados de peso y consumo energético para
la producción de cada uno de los diámetros considerados en esta investigación.

Tabla 12. Cálculos de peso y consumo energético para la producción de tuberías de Acero

Diámetro

(mm)

Longitud

(m/Und)

Peso

(Kg/Und)

Peso
total
(Kg)

Energía

total

(kWh)

Energía

fabricación de

láminas (kWh)

Energía

fabricación de

tuberías (kWh)

250

369.88

3106.99

234.55

187.64

46.91

350

517.83

4349.79

328.37

262.69

65.67

700

1035.66

8699.58

656.73

525.38

131.35

900

1331.57

11185.17

844.37

675.49

168.87

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Posteriormente, fue necesario establecer los puntos de transporte de materias primas para la
fabricación. Por lo que se tuvo en cuenta todas las distancias relacionadas hasta el punto de
manufactura únicamente. Para el caso de las tuberías de acero, se contempló transporte marítimo y
terrestre, dado que las láminas se importan desde Brasil y llegan hasta el Puerto de Barranquilla que
es el punto desde el cual se movilizan a la fábrica final. La esquematización completa del transporte
se planteó en Google Earth, como se presenta en la Ilustración 27.

Ilustración 27. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de Acero

Por otro lado, se tuvo en cuenta que los sistemas de transporte que se pueden seleccionar en Simapro
requieren el ingreso de la información en la unidad tonelada-kilómetro (tKm), que se obtiene de
multiplicar el peso (M) de cada sección de tuberías según el diámetro por la distancia (D) estimada
de desplazamiento, como se muestra en la Ecuación 1. Por consiguiente, en las Tablas 13 y 14 se
presentan los resultados obtenidos según los diferentes puntos de partida y de llegada y teniendo en
cuenta el diámetro específico de las tuberías del presente estudio.

!"# = % (()*) ∗ -("#)

Ecuación 1

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Tabla 13. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – Acero

Diámetros

250 mm

350 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Fábrica de
láminas de
Acero

Terminal
Oceánica
Vitória, Brasil

6.1

3106.99

19.0

4349.79

26.5

Terminal
Oceánica
Vitória, Brasil

Puerto de
Barranquilla

7063

3106.99

21944.7

4349.79

30722.6

Puerto de
Barranquilla

Fábrica de
tuberías

6.8

3106.99

21.1

4349.79

29.6

Tabla 14. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm - Acero

Diámetros

700 mm

900 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Fábrica de
láminas de
Acero

Terminal
Oceánica
Vitória, Brasil

6.1

8699.58

53.1

11185.17

68.23

Terminal
Oceánica
Vitória, Brasil

Puerto de
Barranquilla

7063

8699.58

61445.1

11185.17

79000.86

Puerto de
Barranquilla

Fábrica de
tuberías

6.8

8699.58

59.2

11185.17

76.06

Posteriormente, se procedió a ingresar los respectivos datos a Simapro, sin embargo era necesario
seleccionar el material, proceso o fuente de energía que mejor se acomodara a las condiciones del
caso de estudio en Colombia o que en su defecto cumpliera con condiciones generales para todo el
mundo. Para esto, se analizó la disponibilidad de datos en la database de Ecoinvent. Por lo cual, en la
Tabla 15 se presentan las variables contempladas para la fabricación de las tuberías de acero.

Tabla 15. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de Acero

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Reinforcing steel {RoW}| production |
Cut-off, U

Acero para la
fabricación de láminas.

Cálculo a partir
de catálogo de
productos.

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Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Energía para la
fabricación de tuberías.

kWh

Fabricante

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Energía para la
fabricación de las
láminas.

kWh

Fabricante

Transport, freight, lorry >32 metric
ton, EURO4 {RoW}| transport, freight,
lorry >32 metric ton, EURO4 | Cut-off,
U

Transporte terrestre
desde fábrica de láminas
a puerto en Brasil.

tKm

Google Earth

Transport, freight, sea, container ship
{GLO}| transport, freight, sea,
container ship | Cut-off, U

Transporte marítimo
desde puerto en Brasil al
puerto de Barranquilla.

tKm

Google Earth

Transport, freight, lorry >32 metric
ton, EURO4 {RoW}| transport, freight,
lorry >32 metric ton, EURO4 | Cut-off,
U

Transporte terrestre
desde el Puerto de
Barranquilla a fábrica de
tuberías.

tKm

Google Earth

A partir de la Tabla anterior es necesario realizar algunas aclaraciones de la información presentada,
por lo que se abarca en los siguientes puntos:

• La energía que se utiliza en el proceso de modelación corresponde a un “mix” en el cual se

ajustaron los valores disponibles en Ecoinvent, para un inventario específico de Colombia.
Para esto, se consultó los reportes generados por la empresa XM del grupo ISA, que “gestiona
con  sistemas  de  tiempo  real la  administración  del  mercado  de  energía  mayorista  y  el
desarrollo de soluciones y servicios de energía e información” (XM. 2021). Por lo cual, se
tuvo  en  cuenta  la  generación  energética  de  los  diferentes  sectores  productivos  a  nivel
nacional. Estos valores que fueron ingresados a Simapro se presentan a continuación:

Tabla 16. Mix de energía montado en Simapro

Fuente

Unidad Valor

Energía de carbón

kWh

0,076

Energía hidroeléctrica de reservorios

kWh

0,680

Energía hidroeléctrica de ríos

kWh

0,054

Energía de gas natural - Planta de poder combinada kWh

0,137

Energía de gas natural - Planta convencional

kWh

0,018

Energía de petróleo

kWh

0,029

Energía eólica

kWh

0,001

Energía importada

kWh

0,006

Energía del mercado

kWh

0,036

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• Cuando se hace referencia a un proceso y/o producto Cut-off, se considera que “El productor

es totalmente responsable de la disposición de sus desechos, y que no recibe ningún crédito
por la provisión de cualquier material reciclable” (EI Ecoinvent. 2021). Por lo cual, dentro
del proceso de modelación de cada etapa no se está considerando la disposición o manejo de
los sub-desechos generados.

• Por otro lado, las siglas en inglés RoW y GLO hacen referencia a Rest of the World y

Geographical Location Global, respectivamente. Estas contemplan producción promedio a
nivel mundial y permiten considerar un ponderado cuando en la base de datos de Ecoinvent
no se cuenta con información local completa (EI Ecoinvent. 2021).

• Se decidió escoger el mismo tipo de medios de transporte tanto a nivel terrestre como

marítimo para todos los materiales. Esto para estandarizar esta variable y hacer que las
diferencias en las emisiones generadas se enfoquen en las distancias y en los pesos específicos
de los tramos de tubería.

6.1.2. Concreto

Para el caso de las tuberías de concreto, se consultó información con un fabricante local de este tipo
de ductos. En este caso, reportaron que para los diámetros de 250 y 350 mm se producen secciones
de 1.25 m de longitud y suministraron datos sobre el peso de todos los tramos. A su vez, para los
diámetros de 700 y 900 mm, se producen secciones de 2.50 m de longitud y por su tamaño deben
incluir un refuerzo con acero. Con esta información, se pudo obtener el volumen de concreto
requerido para la fabricación de la longitud total de 100 m de tuberías según el diámetro, para esto se
tomó un valor de densidad del material de 2374 Kg/m

(

y se realizó el respectivo despeje con la

Ecuación 2, ya que se contaba con la información concerniente a los pesos totales de los tramos (M).
Estos resultados se presentan en la Tabla 17.

/)01#2* (#

) =

%("3)

. 4

Ecuación 2

Tabla 17. Datos de peso y volumen de concreto y acero requeridos para la fabricación de los ductos

Diámetro

(mm)

Longitud

(m)

Concreto utilizado

(Kg/Und)

Peso total

concreto (Kg)

Acero

(Kg)

Volumen (m

)

250

1,25

7760

3,26

350

1,25

165

13200

5,56

700

2,50

1250

50000

640

21,06

900

2,50

1953

78120

1080

32,91

Por otro lado, el fabricante suministró información sobre el consumo energético en los procesos de
mezclado, compactación y manipulación del concreto, así como, el consumo máximo de agua, todo

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esto para la producción total de 1 m

de concreto con características propias necesarias para la

fabricación de tuberías. Estos datos se presentan en la Tabla 18.

Tabla 18. Datos de consumo energético y de agua para la producción de concreto

Por producción de 1 m

de concreto

Planta de mezclado (kWh)

45,00

Compactación y manipulación (kWh)

9,02

Consumo máximo de agua (Kg)

121,63

Con los datos anteriores fue posible realizar los respectivos cálculos a partir del volumen de concreto
requerido para cada diámetro de tuberías y según cada proceso. A continuación, en la Tabla 19, se
presentan los resultados obtenidos.

Tabla 19. Consumo energético y de agua para la producción de los tramos totales según el diámetro

Diámetro (mm)

Proceso o consumo

250

350

700

900

Planta de mezclado (kWh)

147,09

250,21

947,77

1480,79

Compactación y manipulación (kWh)

29,49

50,16

190,00

296,86

Consumo máximo de agua (Kg)

397,59

676,31

2561,79

4002,55

Como para los diámetros de 700 y 900 mm es necesario realizar un refuerzo de acero, también se
debe contemplar la energía concerniente a la fabricación de este material, teniendo en cuenta la
proporción presentada en la sección anterior de producción de acero (75,49 kWh/Ton). Por lo cual,
en seguida se especifica tal consumo según el diámetro.

Tabla 20. Consumo energético para la producción del acero de refuerzo

Diámetro (mm)

Energía acero (kWh)

250

350

700

48,31

900

81,53

En esta etapa de manufactura también se contemplan las distancias de transporte del cemento y del
acero utilizado para refuerzo, por lo cual en las Tablas 21 y 22 se detalla la información de cada uno
de los diámetros considerados en esta investigación para el caso de las tuberías de concreto.

Tabla 21. Resultados de la estimación de tKm según la ruta y para diámetros de 250 y 350 mm – Concreto

Diámetros

250 mm

350 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Tesis II

Punto de partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso (Kg)

tKm

Peso (Kg) tKm

Planta de fabricante
de cemento

Fábrica de
tuberías

27,5

7760,00

213,4

13200

363

Tabla 22. Resultados de la estimación de tKm según la ruta y para diámetros de 700 y 900 mm – Concreto

Diámetros

700 mm

900 mm

Punto de partida

Punto de llegada Distancia

(Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Planta de fabricante
de cemento

Fábrica de
tuberías

27,5

50000 1375,0

78120

2148,3

Fábrica de láminas
de Acero

Terminal
Oceánica Vitória,
Brasil

6,1

640

3,9

1080

6,59

Terminal Oceánica
Vitória, Brasil

Puerto de
Barranquilla

7063

640 4520,3

1080 7628,04

Puerto de
Barranquilla

Fábrica de
tuberías

980

640

627,2

1080 1058,40

La estimación del recorrido desde la planta de fabricación de concreto y la fabrica donde se elaboran
las tuberías se hizo por medio de Google Earth y comprende la ruta mostrada en la Ilustración 28.

Ilustración 28. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de Concreto

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Tesis II

Con la información anterior, se procedió a hacer la respectiva selección de las materias primas,
medios de transporte y procesos en SimaPro. Es importante aclarar que para el caso especifico del
concreto, se encontró un material montado en la base da datos con información especifica y local de
Colombia. Este último presenta una resistencia de 40 MPa, que es un valor que se encuentra dentro
del rango alto que es entre 32-60 MPa por lo cual se pudo realizar la selección (Nilson, A. 2001). La
descripción de lo anterior se presenta en la Tabla 23.

Tabla 23. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de Concreto

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Concrete, 40MPa {CO}| concrete
production, 40MPa, ready-mix,
with cement, alternative
constituents 21-35% | Cut-off, U

Material base para la
fabricación de la tuberías
de concreto.

Fabricante

Transport, freight, lorry >32 metric
ton, EURO4 {RoW}| transport,
freight, lorry >32 metric ton,
EURO4 | Cut-off, U

Transporte de fábrica de
cemento a punto de fábrica
de tuberías.

tKm

Google Earth

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Consumo energético en la
planta de mezclado.

kWh

Fabricante

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Consumo energético en
procesos de compactación y
manipulación.

kWh

Fabricante

Water, deionised {RoW}| water
production, deionised | Cut-off, U

Consumo máximo de agua
en el proceso de fabricación
de las tuberías.

Fabricante

Reinforcing steel {RoW}|
production | Cut-off, U

Acero usado para el
refuerzo de las tuberías.

Cálculo a partir
de catálogo de
productos.

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Energía para la fabricación
del acero para ser usado en
el refuerzo.

kWh

Fabricante

6.1.3. PVC

En cuanto a la información sobre la manufactura de tuberías de PVC, se realizó la consulta de esta
con compañías fabricantes en el sector. Por lo cual, inicialmente se realizó la estimación del peso total
del tramo de 100 m a partir de la extrapolación de esta con referencia a lo reportado en un catálogo
comercial. Lo anterior se presenta en la Tabla 24.

Tabla 24. Peso total del tramo de tuberías según el diámetro - PVC

Diámetro

Peso (Kg/m)

Peso total del tramo (Kg)

250

8,68

867,56

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Tesis II

Diámetro

Peso (Kg/m)

Peso total del tramo (Kg)

350

12,15

1214,58

700

24,29

2429,17

900

31,23

3123,21

A partir del peso de cada tramo según el diámetro, se pudo estimar el consumo energético, el consumo
de combustible y el uso de materiales primarios para la obtención de resina de PVC. Esto fue posible
gracias a la información que fue suministrada por el fabricante con referencia al año 2019. Lo anterior
se presenta en la Tabla 25.

Tabla 25. Insumos para la fabricación de resina de PVC según el diámetro

ITEM

Unidad 250 mm

350 mm

700 mm

900 mm

Peso del material

Ton

0,87

1,21

2,43

3,12

Electricidad

kWh

158,01

221,21

442,42

568,83

Gas Natural Caldera

3248,22

4547,49

9095,02

11693,57

VAM (Vinyl Acetate)

27,83

38,96

77,92

100,18

VCM (Vinyl Chloride)

854,58

1196,40

2392,82

3076,47

Por otro lado, el fabricante de tuberías reportó el peso total de ductos producidos en el año 2019 y el
respectivo consumo energético y de combustibles para este proceso. Estos valores se referencian en
la Tabla 26.

Tabla 26. Consumo energético y de combustibles para la producción total tuberías de PVC según fabricante

Producción (Ton)

Energía (kWh)

Gas natural (m

)

Diésel (Kg)

GLP (Kg)

34961,15

26998676,00

89605,58

3618,12

50674,53

A partir de la información anterior, se estimó el consumo energético y de combustibles para la
producción del tramo total de 100 m de tuberías para cada uno de los diámetros del presente estudio.
Estos resultados se presentan a continuación.

Tabla 27. Consumo energético y de combustibles para la fabricación de tuberías de PVC según el diámetro

Diámetro (mm) Producción

(Ton)

Energía

(kWh)

Gas natural

)

Diésel (Kg)

GLP (Kg)

250

0,87

669,97

2,22

0,09

1,26

350

1,21

937,96

3,11

0,13

1,76

700

2,43

1875,92

6,23

0,25

3,52

900

3,12

2411,90

8,00

0,32

4,53

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En cuanto al transporte de las materias primas, para el caso del PVC se contempló transporte marítimo
y terrestre. Por lo que la estimación de los recorridos se realizó por medio de Google Earth y
comprende las rutas mostradas en la Ilustración 29. En este caso se contempló el transporte para la
importación de materias primas iniciales para la fabricación de resina de PVC desde Estados Unidos.
A su vez, se comprende el recorrido hasta la planta de fabricación de tuberías de este material.

Ilustración 29. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de PVC

En las Tablas 28 y 29 se detalla la información de transporte para cada uno de los diámetros
considerados en esta investigación.

Tabla 28. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – PVC

Diámetros

250 mm

350 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso (Kg)

tKm

Peso (Kg)

tKm

Puerto de
Houston

Puerto de
Cartagena

2994

867,56

2597,5

1214,58

3636,5

Puerto de
Cartagena

Fabricante de
resina de PVC

14,9

867,56

12,9

1214,58

18,1

Fabricante de
resina de PVC

Fabricante de
tuberías de PVC

1050

867,56

910,9

1214,58

1275,3

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Tabla 29. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm – PVC

Diámetros

700 mm

900 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso (Kg)

tKm

Peso (Kg)

tKm

Puerto de
Houston

Puerto de
Cartagena

2994

2429,17 7272,9

3123,21

9350,90

Puerto de
Cartagena

Fabricante de
resina de PVC

14,9

2429,17

36,2

3123,21

46,54

Fabricante de
resina de PVC

Fabricante de
tuberías de PVC

1050

2429,17 2550,6

3123,21

3279,38

A partir de las anteriores estimaciones fue posible seleccionar cada material, proceso y medio de
transporte en SimaPro para la respectiva modelación. Por lo cual, a continuación se detalla el nombre
de cada uno de la forma en la cual se encuentran disponibles en Ecoinvent y su respectiva descripción.

Tabla 30. Especificación de selección de procesos en Simapro para la fabricación de tuberías de PVC

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Vinyl chloride {RoW}| production |
Cut-off, U

Cloruro de vinilo
requerido para la
obtención de resina de
PVC.

Fabricante

Vinyl acetate {RoW}| production |
Cut-off, U

Acetato de vinilo
requerido para la
obtención de resina de
PVC.

Fabricante

Natural gas, low pressure {RoW}|
natural gas pressure reduction from
high to low pressure | Cut-off, U

Gas natural requerido para
la obtención de resina de
PVC.

Fabricante

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Energía requerido para la
obtención de resina de
PVC.

kWh

Fabricante

Transport, freight, sea, container
ship {GLO}| transport, freight, sea,
container ship | Cut-off, U

Transporte marítimo
desde puerto en EE.UU. al
puerto de Cartagena.

tKm

Google Earth

Transport, freight, lorry >32 metric
ton, EURO4 {RoW}| transport,
freight, lorry >32 metric ton,
EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre desde
puerto de Cartagena hasta
fábrica de resina de PVC.

tKm

Google Earth

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Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Transport, freight, lorry >32 metric
ton, EURO4 {RoW}| transport,
freight, lorry >32 metric ton,
EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre desde
fábrica de resina de PVC
hasta fábrica de tuberías.

tKm

Google Earth

Liquefied petroleum gas {CO}|
liquefied petroleum gas production,
petroleum refinery operation | Cut-
off, U

Combustible requerido en
la fabricación de tuberías
de PVC.

Fabricante

Refinery gas {CO}| refinery gas
production, petroleum refinery
operation | Cut-off, U

Combustible requerido en
la fabricación de tuberías
de PVC.

Fabricante

# Electricity, high voltage {CO}|
market for electricity, high voltage |
Cut-off, U

Energía requerida para la
fabricación de tuberías de
PVC.

kWh

Fabricante

Diesel {CO}| diesel production,
petroleum refinery operation | Cut-
off, U

Combustible requerido en
la fabricación de tuberías
de PVC.

Fabricante

6.1.4. Escenario de PVC reciclado

Dentro del alcance del presente trabajo de investigación está el proponer un escenario comparativo
en  el  cual  cierto  porcentaje  del  material  utilizado  para  la  fabricación  de  las  tuberías  de  PVC  sea
reciclado y poder así evaluar la variación de la huella de carbono de esta alternativa y de cuando se
utilizan materias primas netamente vírgenes. Sin embargo, actualmente en Colombia no se cuenta
con regulaciones que establezcan qué porcentaje de material puede ser utilizado con estos fines. No
obstante,  la  Norma  Técnica  Colombiana  NTC  979  (2020)  en  su  séptima  actualización  busca
introducir este tema, permitiendo que los ductos eléctricos y/o de cableado telefónico se compongan
de hasta un 100% de PVC reciclado. Lo anterior es un factor que puede anteponer la evaluación y
posible adjudicación de este tipo de normas para otra clasificación de ductos como los de transporte
de aguas residuales y/o lluvias. Por lo cual, en un ejercicio teórico de la presente tesis se propone un
valor  del  40%  para  ser  evaluado  como  material  reciclado  y  que  un  60%  se  mantenga  con
características  convencionales.  Esta  distribución  de  porcentajes  se  realiza  de  forma  aleatoria  y
teniendo en cuenta que el valor del material reciclado no debe ser excesivamente alto, ya que a nivel
técnico y de mercado se debe contar con evaluaciones previas para establecer su efectividad tanto en
funcionamiento como en acogida en actividades comerciales. A su vez, cabe resaltar que no se está
teniendo en cuenta factores de pérdida de materiales al momento de la transformación, sino que, en
el balance de masa el 100% de material reciclado que se recupera puede ser utilizado nuevamente
para la fabricación de los nuevos ductos.

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En este orden de ideas, en la Tabla 31 se presenta la distribución de pesos de cada clasificación a
partir del peso neto del material para la fabricación.

Tabla 31. Distribución de peso de materiales para la fabricación de tuberías de PVC - Escenario de reciclaje

Diámetro (mm)

Peso total (Kg)

Material virgen (Kg)

Material reciclado (Kg)

250

867,56

520,54

347,02

350

1214,58

728,75

485,83

700

2429,17

1457,50

971,67

900

3123,21

1873,93

1249,29

A partir de lo anterior, se realizó un proceso de cálculo similar al tenido en cuenta en la sección
anterior de PVC en donde solo el 60% del peso es de material virgen. Por lo cual, en la Tabla 32 se
presentan los resultados para los insumos de la fabricación de la resina de PVC.

Tabla 32. Insumos para la fabricación de resina de PVC según el diámetro – Escenario de reciclaje

ITEM

Unidad

250 mm

350 mm

700 mm

900 mm

Producción

Ton

0,52

0,73

1,46

1,87

Electricidad

kWh

94,81

132,73

265,45

341,30

Gas Natural Caldera

1.948,93

2.728,50

5.457,01

7.016,14

VAM (Vinyl Acetate)

16,70

23,38

46,75

60,11

VCM (Vinyl Chloride)

512,75

717,84

1.435,69

1.845,88

Para el caso de la fabricación de las tuberías, se asumió que el consumo energético y de combustibles
del proceso es el mismo que en el escenario con 100% de materiales vírgenes ya que el peso de los
ductos se mantiene igual, por lo cual se utilizaron los resultados presentados en la Tabla 27. Por otro
lado, para el transporte se contempla que no hubo variaciones ya que presentan los mismos resultados
de toneladas por kilómetro (tKm) que fueron contemplados en las Tablas 28 y 29.

Por otro lado, para estimar el consumo energético y de combustible requerido para la transformación
del material reciclado, se consultó a una empresa que recolecta y realiza el proceso en Bogotá. En
este caso, suministraron el esquema presentado en el Anexo 2 del cual algunos puntos clave son los
siguientes:

•  El 2% de los residuos recolectados son considerados chatarra.
•  El 3% de los residuos recolectados son considerados como plásticos no aprovechables.
•  Otro 3% de los residuos recolectados son considerados como no aprovechables.
•  Se genera un consumo energético de 0.08 kWh / Kg en el proceso de transformación del

material reciclado a pellets.

• Se da la pérdida de 1% del material.

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• La distancia de transporte desde el punto de reciclaje hasta la fábrica se estableció en 19,9

km a partir la esquematización consultada en Google Earth.

Al tener en cuenta los anteriores puntos fue posible realizar las siguientes estimaciones a partir del
peso reciclado de cada uno de los diámetros considerados. Por lo que estos se presentan en la Tabla
33.

Tabla 33. Consumo energético y transporte de material reciclado según el diámetro

D: 250 mm

D: 350 mm D: 700 mm D: 900 mm

Peso de material inicial (Kg)

347,02

485,83

971,67

1249,29

Consumo energético (kWh)

27,76

38,87

77,73

99,94

Transporte (tKm) desde punto de
reciclaje a fábrica de tuberías

6,91

9,67

19,34

24,86

En cuanto al montaje de los datos en SimaPro, para este escenario de PVC reciclado se utilizaron los
mismos materiales, procesos y medios de transporte que en el escenario convencional mostrado en la
Tabla 30, sin embargo los valores y la distribución fueron los factores diferenciales que se analizan
en la sección de resultados.

6.1.5. HDPE

La recopilación de información para el Polietileno de Alta Densidad no se pudo hacer con fuentes
primarias, ya que no fue posible establecer contacto con fabricantes de este sector. Sin embargo, se
realizó una aproximación teórica para que este material pueda ser comparado con el resto que ya
fueron descritos anteriormente. En este caso, se extrapoló el peso de las tuberías para obtener un valor
aproximado del peso para los diámetros que se trabajan en el presente estudio. Lo anterior se presenta
en la Tabla 34.

Tabla 34. Peso total del tramo de tuberías según el diámetro - HDPE

Diámetro (mm)

Peso (Kg/m)

Peso total (Kg)

250

9,19

919

350

18,54

1854

700

37,08

3708

900

47,67

4767

Para este termoplástico también se estableció una ruta de transporte de materias primas hasta una
planta que las procesa en Cartagena y permite su posterior distribución a fábricas de tuberías. Esto se
realizó por medio de Google Earth y se presentan en la Ilustración 30.

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Ilustración 30. Esquema de transporte para la fabricación de tuberías de HDPE

A partir de lo anterior, se pudo establecer la información concerniente al transporte. Por lo cual, esta
se presenta en las Tablas 35 y 36.

Tabla 35. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – HDPE

Diámetros

250 mm

350 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Puerto de
Houston

Puerto de
Cartagena

2994

919

2751,5

1854

5550,9

Puerto de
Cartagena

Fabricante

12,9

919

11,9

1854

23,9

Fabricante

Fábrica de
tuberías

1050

919

965,0

1854

1946,7

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Tabla 36. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm – HDPE

Diámetros

700 mm

900 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia (Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Puerto de
Houston

Puerto de
Cartagena

2994

3708

11101,8

4767

14273,68

Puerto de
Cartagena

Fabricante

12,9

3708

47,8

4767

61,50

Fabricante

Fábrica de
tuberías

1050

3708

3893,4

4767

5005,80

En cuanto al montaje de los datos en SimaPro, este se basó en la selección del material en la base de
datos y se decidió escoger un proceso de extrusión de tuberías termoplásticas para simular así cuantías
que se utilicen comúnmente en esta industria y que puedan aportar un valor comparativo en la huella
de carbono de este material. A su vez, se utilizó el mismo tipo de medios de transporte que en los
casos anteriores. Esto se presenta en la Tabla 37.

Tabla 37. Especificación de selección de procesos en SimaPro para la fabricación de tuberías de HDPE

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Polyethylene, high density,
granulate {RoW}| production |
Cut-off, U

Material base para la fabricación
de la tuberías de HDPE.

Fabricante

Transport, freight, sea, container
ship {GLO}| transport, freight,
sea, container ship | Cut-off, U

Transporte marítimo desde puerto
en EE.UU. al puerto de
Cartagena.

tKm

Google Earth

Transport,  freight,  lorry  >32
metric  ton,  EURO4  {RoW}|
transport,  freight,  lorry  >32
metric ton, EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre de puerto de
Cartagena

fábrica

procesamiento de HDPE.

tKm

Google Earth

Transport,  freight,  lorry  >32
metric  ton,  EURO4  {RoW}|
transport,  freight,  lorry  >32
metric ton, EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre de fábrica de
procesamiento de HDPE hasta
fábrica de tuberías.

tKm

Google Earth

Extrusion, plastic pipes {RoW}|
extrusion, plastic pipes | Cut-off,
U

Proceso de extrusión para la
fabricación de tuberías.

Fabricante

6.1.6. PP

En el caso de las tuberías de Polipropileno, se presentó un caso similar al de HDPE en donde la
información no se pudo obtener de fuentes primarias. Por lo cual, se decidió realizar una

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aproximación teórica y consultar directamente con el catálogo de un fabricante para saber los pesos
de la totalidad de los ductos, como se presenta en la Tabla 38.

Tabla 38. Peso total del tramo de tuberías según el diámetro - PP

Diámetro

Peso (Kg/m)

Peso total (Kg)

250

7,82

782,00

350

10,95

1094,80

700

21,90

2189,60

900

28,15

2815,20

En cuanto a las distancias de transporte, se seleccionaron los mismos puntos que para el caso de las
tuberías de HDPE, por lo que el factor de variabilidad para la obtención de los tKm es el peso que
aporta el material. Estos resultados se presentan en las Tablas 39 y 40.

Tabla 39. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 250 y 350 mm – PP

Diámetros

250 mm

350 mm

Punto de partida

Punto de llegada

Distancia

(Km)

Peso
(Kg)

tKm

Peso
(Kg)

tKm

Puerto de Houston

Puerto de
Cartagena

2994

782,00 2341,3 1094,80 3277,8

Puerto de Cartagena Fabricante

12,9

782,00

10,1 1094,80

14,1

Fabricante

Fábrica de tuberías

1050

782,00

821,1 1094,80 1149,5

Tabla 40. Resultados de la estimación de tKm según la ruta para diámetros de 700 y 900 mm – PP

Diámetros

700 mm

900 mm

Punto de

partida

Punto de

llegada

Distancia

(Km)

Peso (Kg)

tKm

Peso (Kg)

tKm

Puerto de
Houston

Puerto de
Cartagena

2994

2189,60

6555,7

2815,20

8428,71

Puerto de
Cartagena

Fabricante

12,9

2189,60

28,2

2815,20

36,32

Fabricante

Fábrica de
tuberías

1050

2189,60

2299,1

2815,20

2955,96

Para la selección de la información en SimaPro, se siguió con las mismas especificaciones que con el
HDPE, por lo que esta información se presenta en la Tabla 41.

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Tabla 41. Especificación de selección de procesos en SimaPro para la fabricación de tuberías de PP

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Fuente

Polypropylene,

granulate

{RoW}| production | Cut-off, U

Material

base

para

fabricación de la tuberías de PP.

Fabricante

Transport, freight, sea, container
ship {GLO}| transport, freight,
sea, container ship | Cut-off, U

Transporte marítimo desde
puerto en EE.UU. al puerto de
Cartagena.

tKm

Google Earth

Transport,  freight,  lorry  >32
metric  ton,  EURO4  {RoW}|
transport,  freight,  lorry  >32
metric ton, EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre de puerto
de Cartagena a fábrica de
procesamiento de PP.

tKm

Google Earth

Transport,  freight,  lorry  >32
metric  ton,  EURO4  {RoW}|
transport,  freight,  lorry  >32
metric ton, EURO4 | Cut-off, U

Transporte terrestre de fábrica
de procesamiento de PP hasta
fábrica de tuberías.

tKm

Google Earth

Extrusion, plastic pipes {RoW}|
extrusion, plastic pipes | Cut-off,
U

Proceso de extrusión para la
fabricación de tuberías.

Fabricante

6.1.7. DI

Con el hierro dúctil el escenario presenta varios vacíos de información, ya que tampoco fue posible
la obtención de información primaria y en SimaPro no se encontraron procesos que estuvieran ya
acoplados  o  que  permitieran  un  montaje  teórico.  Por  lo  cual,  en  este  trabajo  de  investigación  se
presenta  una  aproximación  inicial  para  este  material,  pero  para  ejercicios  futuros  es  necesario
completar la información y de tal forma la comparación puede ser más acertada. En este caso, el peso
de los materiales se obtuvo del catálogo de un fabricante y se extrapoló a los diámetros a estudiar,
teniendo en cuenta los 100 m del tramo total. Lo anterior se presenta en la Tabla 42.

Tabla 42. Peso total del tramo de tuberías según el diámetro - DI

Diámetro (mm)

Kg/6 metros

Peso total (Kg)

250

215

3583,33

350

374

6233,33

700

1295

21583,33

900

1920

32000,00

En cuanto al transporte, se encontró que este tipo de tuberías no se fabrican a nivel nacional, sino que
su distribución se da por un proceso de importación de diferentes partes del mundo. Por lo cual, no
se agregó información concerniente a este factor en la etapa de manufactura, sino que se incluyó en
la de transporte. Por otro lado, en SimaPro no se pudo encontrar un material específico que cumpliese
con las mismas características del DI, por lo que se seleccionó hierro fundido como se presenta en la
Tabla 43.

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Tabla 43. Especificación de selección de procesos en SimaPro para la fabricación de tuberías de DI

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

Cast iron {RoW}| production | Cut-off, U

Material

base

para

fabricación de las tuberías de
DI.

6.2. Transporte

Para la etapa de transporte se estableció la carga que debe ser transportada únicamente desde el punto
de fabricación de las tuberías hasta el punto de instalación. Es decir, se trata de valores que pueden
cambiar en cada escenario dependiendo de la localización del fabricante y del lugar en el que se
ubique la obra; que en este caso es fijo para todos los materiales. En la Tabla 33 se presentan las
distancias y los resultados generales.

Tabla 33. Determinación de variables de transporte desde punto de fabricación hasta punto de instalación

Diámetros

250 mm

350 mm

700 mm

900 mm

Material

Distancia (Km)

tKm

Acero

1007

3128,74

4380,24

8760,47

11263,47

Concreto

14,7

114,07

194,04

744,41

1164,24

PVC

19,3

16,74

23,44

46,88

60,28

PVC Reciclado

19,3

16,74

23,44

46,88

60,28

HDPE

19,3

17,74

35,78

71,56

92,01

19,3

15,09

21,13

42,26

54,33

8689 31135,58 54161,43 187537,58 278048,00

Los siguientes son algunos puntos clave en este escenario:

• En todos los escenarios se utilizó el mismo peso del material según el diámetro, como se

presentó en la etapa de fabricación.

• Para el caso de las tuberías de acero, la fabrica de este material se encuentra en la Costa

Caribe colombiana, por lo que la distancia resulta ser significativa.

• Para los termoplásticos (PVC, PVC reciclado, HDPE y PP) se escogió el mismo punto de

fabricación dentro de la ciudad de Bogotá.

• Como las tuberías de DI no se producen a nivel nacional, su distribución en Colombia se da

por importación de diferentes lugares del mundo. Uno de los principales puntos de originen
es desde Río de Janeiro, Brasil. Esta resulta ser una de las más cercanas, por lo cual se escogió
como ruta marítima y por esto la distancia en comparación con el resto de los materiales es
mucho más elevada.

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6.3. Instalación

Las  estimaciones  para  la  etapa  de  instalación  de  las  tuberías  se  hicieron  por  medio  del  uso  del
programa  Trenchless-Technology-Calculator  desarrollado  por  la  compañía  canadiense  PW
Trenchless en conjunto con la Asociación Norteamericana de Tecnologías Sin Zanja (NASTT por sus
siglas  en  inglés)  en  su  capitulo  de  la  provincia  de  Columbia Británica. Este programa calcula las
emisiones de Dióxido de Carbono (CO2) por medio de información que se agrega de cierto proyecto.
En este caso, la interfaz principal del programa se presenta en el Ilustración 31 y en esta se evidencia
que existen variables y constantes que uno puede escoger según el caso específico del estudio. Por lo
cual, a continuación, se justifican algunas de las escogencias generales que se tuvieron en cuenta para
la instalación de todos los materiales.

Ilustración 31. Interfaz principal del programa Trenchless-Technology-Calculator

• Según el Geoportal del IGAC (Instituto Geográfico Agustín Codazzi) el tipo de suelo con el

que se cuenta en el lugar de instalación es de arcillas, turbas, y arcillas arenosas con niveles
delgados de gravas. Por lo cual, se seleccionó dentro del programa un suelo medio y con
condiciones húmedas.

• La superficie al tratarse de una zona urbana rodeada de vías principales se escoge como

cubierta de asfalto.

• Según el RAS (2016), la profundidad mínima en la cual debe estar instalado un sistema de

suministro es de 1.0 m y de 1.2 m para un sistema sanitario o combinado. A su vez, se decide
tomar un diferencial de altura entre punto inicial y final de la tubería de 0.5 m, teniendo en

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cuenta que la longitud del sistema no es pronunciada. Por lo anterior, las profundidades
seleccionadas como Z

y Z

son los siguientes valores.

Tabla 34. Profundidades de punto inicial y final del sistema

Sistema

Profundidad inicial – Z

(m)

Profundidad final – Z

(m)

Suministro

1.5

Sanitario

1.2

1,7

• Se decide colocar los valores recomendados por la hoja de cálculo en donde el material

reutilizado en el sitio seria del 0% y la capacidad del vehículo de transporte es de 7.5 m

• La distancia desde el punto de instalación hasta el relleno sanitario más cercano para la

disposición de residuos de construcción y demolición es de 26.4 Km según Google Earth.

• Se decide no colocar ningún pozo de inspección ni conexiones laterales, por lo que este valor

permanece como cero.

• Al inicio y en la finalización del sistema debe haber un pozo, por lo que se coloca uno en este

factor. A su vez, se coloca el valor recomendado de número de corridas que también
corresponde a uno.

• Para la abertura de la zanja se decide colocar el valor recomendado en la hoja de cálculo de

51.5 m por cada 8 horas trabajadas al día. Por otro lado, en cuanto al tamaño de esta se dispone
que para todos los materiales y por simplicidad al momento de la comparación, se debe
mantener una misma geometría rectangular como se muestra en la Ilustración 32, donde el
ancho superficial es el mismo que el del fondo (B).

Ilustración 32. Geometría de la zanja general para todos los materiales

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• En cuanto al tamaño de la zanja, se decide seguir las recomendaciones encontradas en un

Manual de Instalación de Tuberías elaborado por el Gobierno Federal de México
(CONAGUA. 2012), en el cual se hace una diferenciación del tamaño del ancho de esta,
según el material. Por lo cual, en la Tabla 35 se presentan las especificaciones con las cuales
se determinó el ancho, teniendo en cuenta una ecuación o valores ya establecidos.

Tabla 35. Especificaciones para el cálculo del ancho (B) de la zanja según el material

Ancho de zanja

Material

B (m)

Acero

! =

4
3

% + 400 ))

Concreto

Diámetro (mm)

Ancho (m)

250

0.680

350

0.910

700

1.50

900

1.70

PVC

! = 1.25 ∗ % + 300 ))

HDPE y PP

Diámetro (mm)

Ancho (m)

250

0.71

350

0.86

700

1.68

900

1.98

Diámetro (mm)

Ancho (m)

250

0.864

350

0.965

700

1.37

900

1.52

Teniendo en cuenta las anteriores especificaciones, los resultados obtenidos para cada uno de los
materiales y según el diámetro son los presentados en la Tabla 36.

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Tabla 36. Valores del ancho de zanja (B) según el diámetro y el material

Ancho de zanja

Material

B (m) – D:250

B (m) – D:350

B (m) – D:700

B (m) – D:900

Acero

0,73

0,87

1,33

1,6

Concreto

0,68

0,91

1,5

1,7

PVC

0,61

0,74

1,18

1,43

0,71

0,86

1,68

1,98

HDPE

0,71

0,86

1,68

1,98

0,86

0,97

1,37

1,52

Al agregar todas las variables en el programa, este muestra los resultados como se presentan en la
Ilustración 33. Es decir que, las emisiones de CO

que se contemplan corresponden de forma general

al uso de la maquinaria para la abertura de la zanja y el transporte de materias primas.

Ilustración 33. Tabla de presentación de resultados con método de instalación a cielo abierto

De forma adicional, el programa permite evaluar alternativas sin zanja por lo cual se decidió montar
un escenario en el cual se comparara la tecnología de reemplazo de tuberías de Pipe bursting o
Fraccionamiento de tubería con la convencional a cielo abierto. Dentro de la hoja de cálculo no fue
necesario realizar modificaciones o agregar información adicional. Sin embargo, esta técnica solo se
pudo evaluar con el HDPE ya que actualmente es el material con el cual comúnmente se emplea. La
forma de presentación de los resultados se basa en los mismos factores que son el uso de la maquinaria
para excavación y el transporte de materias primas. Estos se presentan en la Ilustración 34.

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Ilustración 34. Tabla de presentación de resultados con método de Pipe bursting

6.4. Operación

Dentro de la fase de operación se decide establecer dos escenarios. El primero en el que se tenga en
cuenta la energía de bombeo por el tiempo total de operación de 100 años y otro en el cual no se
requiera bombeo, sino que simplemente se realicen mantenimientos periódicos del sistema. A
continuación, se describen las características y variables que fueron consideradas en cada escenario.

6.4.1. Escenario 1 – Sistema con bombeo

Este escenario se contempla únicamente para los sistemas de suministro de agua potable, por lo que
se plantea para los diámetros de tubería de 250 y 350 mm. Inicialmente fue necesario tener en cuenta
ciertas variables base que son características de la red y se establecieron de la siguiente forma.

• La viscosidad, densidad y peso especifico del fluido que se transporta en los ductos se

tomaron como valores estándar del agua a 20°C.

•  Se tomó un valor de diferencia de altura de 0.5 m y una pendiente baja de 0.5%.
•  Se establece una eficiencia (/) de funcionamiento de las bombas del 70%.
•  Se  determina  que  las  bombas  funcionaran  por  un  periodo  de  8  horas  al  día  de  forma

ininterrumpida. Es decir que, al funcionar por 100 años en el sistema, estarían siendo
operadas por 292.000 horas.

A continuación, se presenta la información detallada.

Tabla 37. Variables base del sistema para el escenario con bombeo

Variables base

Valor

Viscosidad

0 (m

/s)

1,E-06

Peso específico (N/m

)

9810

Delta z (m)

0.5

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Variables base

Valor

S (m/m)

0,005

ρ (Kg/m

)

1000

Gravedad (m/s

)

9,81

Longitud (m)

100

Eficiencia

/ (%)

Tiempo de uso (horas/día)

Uso en 100 años (horas)

292000

Otro factor importante para los cálculos es la selección de los coeficientes de rugosidad Ks, según el
material. Para esto se tuvo en cuenta los valores reportados en el libro de Hidráulica de Tuberías de
Saldarriaga, J. (2019). Estos se presentan en la Tabla 38.

Tabla 38. Coeficientes de rugosidad de los materiales

Ks (m)

Material

Valor

Concreto

0,0003

PVC

2,E-06

Acero

0,00046

HDPE

7,E-06

0,00025

6,E-06

Inicialmente, se realizó el cálculo del caudal que puede ser transportado por cada uno de los materiales
para determinar un caudal base comparable para todos. Para este proceso se inició estableciendo una
relación de llenado completa de la tubería ya que se asumió un funcionamiento a presión.
Posteriormente, se encontró la altura de nivel máxima (

!á#

) que resulta ser el mismo diámetro (

al mantenerse una relación de llenado completa. En seguida se calculó el ángulo

θ para determinar la

geometría de la sección, a partir de

!á#

%, como se muestra en la Ecuación 3.

A continuación, se calculó el área de la sección (

A) a partir de los valores de θ y D, como se presenta

en al Ecuación 4.

A (m

) = (θ − SIN(θ)) ∗ D ∗

Ecuación 4

θ = > + 2 ∗ ?@ABCD E

!á#

−

Ecuación 3

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Se prosiguió con el cálculo del perímetro mojado con la Ecuación 5.

P =

θ ∗ D

Ecuación 5

En seguida, se realizó el cálculo del radio hidráulico con la Ecuación 6.

R (m) = K1 − L

SIN(θ)

MN ∗

Ecuación 6

Para el cálculo de la velocidad media se hizo uso de la Ecuación 7, en donde se utilizaron términos
como la gravedad (

O), la pendiente (B), el radio hidráulico (@) y el coeficiente de rugosidad (PQ),

como se presenta en la Ecuación 7.

R F

)

G = −2 ∗ S(8 ∗ O ∗ @ ∗ B)

∗ TUV10 EW

14.8 ∗ @

X + L

2.51 ∗ 0

4 ∗ @ ∗ S8 ∗ O ∗ @ ∗ B

Ecuación 7

Finalmente, se realizó el cálculo del

!á#

con la Ecuación 8.

%á&

M = V ∗ A

Ecuación 8

Este procedimiento se realizó para los dos diámetros de tubería y para todos los materiales, por lo que
los resultados se presentan en la Tabla 39.

Tabla 39. Resultados del cálculo del caudal máximo a transportar en las tuberías

Acero

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m) V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,016

0,050

0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,260

0,121

Concreto

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m) V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,065

0,052

0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,319

0,127

PVC

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m) V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,293

0,063

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0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,610

0,155

HDPE

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m)

V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,282

0,063

0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,595

0,154

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m)

V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,282

0,063

0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,595

0,154

d (m)

y/d

Y max (m)

θ (rad)

A (m

)

P (m) R (m)

V (m/s)

Q (m

/s)

0,25

0,250

6,283

0,049

0,785

0,063

1,085

0,053

0,35

0,350

6,283

0,096

1,100

0,088

1,343

0,129

A partir de los anteriores resultados se pudo comparar los caudales máximos a transportar según cada
material y se escogió el menor caudal según el diámetro, para de esta forma asegurar que todos los
ductos puedan cumplir con esta condición de diseño. Por lo cual, estos valores serían de 0.050 m

/s y

0.121 m

/s para los diámetros de 250 y 350 mm, respectivamente.

Teniendo en cuenta los anteriores caudales base, se pudo realizar un proceso de cálculo de la potencia
de la bomba a utilizar según el material. Para esto, fue necesario calcular el área del ducto con la
Ecuación 9.

? ()

) = L

> ∗ %

Ecuación 9

Posteriormente, se determinó la velocidad a partir del caudal y del área como se presenta en la
Ecuación 10.

R F

)

G =

[

Ecuación 10

Al conocer el factor de velocidad fue posible calcular el número de Reynolds con la Ecuación 11.

@\ =

% ∗ R

]

Ecuación 11

Con la Ecuación 12 (Ecuación de Colebrook – White), se realizó el despeje del factor de fricción.

= −2 ∗ log

()

3.7 ∗ %

2.51

@\S^

Ecuación 12

Para conocer las pérdidas por fricción se hizo uso de la Ecuación de Darcy – Weisbach.

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(m) = ^ ∗

Ecuación 13

En seguida, se realizó el cálculo de la cabeza de altura total que es la suma de las pérdidas por fricción
y el

∆h del sistema.

(m) = h

∗ ∆h

Ecuación 14

Para el cálculo de la potencia se utilizó la Ecuación 15, en donde se emplea la densidad (

ρ)

, la

gravedad (

, el diámetro de la tubería (

, la cabeza de altura (

)

y la eficiencia de la bomba (

j).

Potencia (kWh) =

ρ ∗ g ∗ D ∗ H

Ecuación 15

Finalmente, la determinación de la potencia total se obtuvo a partir de la Ecuación 16, en donde se
multiplica la potencia por el tiempo total de funcionamiento de la bomba en los 100 años de operación.

Potencia total (kWh) = Potencia ∗

Uso en 100 años (horas)

Ecuación 16

A partir del procedimiento anterior se pudo calcular la potencia requerida para cada diámetro según
el respectivo material, por lo que los resultados se presentan en las Tablas 40 y 41.

Tabla 40. Potencia total de consumo energético por bombeo según el material – D:250 mm

Diámetro: 250 mm

Material A (m

)

(m/s)

(m)

Potencia

(kWh)

Potencia total

(kWh/100

años)

PVC

0,049 1,016 222806,66 0,015 0,32 0,82

0,57

166468,91

Concreto

0,049 1,016 222806,66 0,022 0,45 0,95

0,67

194815,95

Acero

0,049 1,016 222806,66 0,024 0,51 1,01

0,70

205123,97

HDPE

0,049 1,016 222806,66 0,016 0,33 0,83

0,58

168616,41

0,049 1,016 222806,66 0,021 0,44 0,94

0,66

192238,95

0,049 1,016 222806,66 0,016 0,33 0,83

0,58

168616,41

Tabla 41. Potencia total de consumo energético por bombeo según el material – D:350 mm

Diámetro: 350 mm

Material A (m

)

(m/s)

(m)

Hp (m) Potencia

(kWh)

Potencia total

(kWh/100

años)

PVC

0,096

1,260 386696,33

0,014 0,32

0,82

1,40

408329,84

Concreto

0,096

1,260 386696,33

0,021 0,49

0,99

1,67

488521,90

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Diámetro: 350 mm

Material A (m

)

(m/s)

(m)

Hp (m) Potencia

(kWh)

Potencia total

(kWh/100

años)

Acero

0,096

1,260 386696,33

0,022 0,50

1,00

1,70

495395,50

HDPE

0,096

1,260 386696,33

0,014 0,32

0,82

1,40

408329,84

0,096

1,260 386696,33

0,020 0,46

0,96

1,63

477065,89

0,096

1,260 386696,33

0,016 0,36

0,86

1,46

425513,85

Al obtener el consumo energético a lo largo del periodo de modelación, estos se agregaron en SimaPro
con la especificación mostrada en la Tabla 42.

Tabla 42. Especificación de selección de procesos en SimaPro para el sistema de bombeo

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

# Electricity, high voltage {CO}| market
for electricity, high voltage | Cut-off, U

Energía requerida para el bombeo
del agua.

kWh

6.4.2. Escenario 2 – Mantenimiento del sistema

El escenario de mantenimiento del sistema comprende la limpieza de las tuberías tanto de suministro
como sanitarias cada cierto periodo de tiempo. Para esto es necesario establecer los escenarios que se
deben llevar a cabo en este proceso de mantenimiento, por lo que se consultó que tipo de métodos de
limpieza se tienen actualmente y se determinó que se clasifican en:

1. Mecánicos: Requiere el uso de maquinaria abrasiva sobre la superficie de la tubería. En estos

procesos se incluyen la limpieza abrasiva, limpieza hidráulica y limpieza térmica. En esta se
requiere especial atención por la posible ocurrencia de raspaduras o fisuras de la tubería.

2. Químicos: No requiere desmantelamiento de los conductos y por ende permite acceder a

ciertas áreas limitadas con otros métodos. Se hace uso de inhibidores de corrosión, lo cual no
se generan daños superficiales. Genera problemas de disposición de químicos después de su
uso y requiere enjuague de las tuberías.

3. Métodos especiales: Requiere el uso de equipos especiales y del manejo de personal

especializado. Algunos son:

•  Chorro de agua a ultra alta presión.
•  Limpieza explosiva.
•  Cocción térmica.
•  Chorros de pellets de CO

(Martínez, S. 2010).

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Con base en lo anterior, bajo el contexto del uso de este tipo de métodos en Colombia y después de
la consulta con empresas del sector, se determinó que la metodología más conveniente es una
mecánica donde se utilice agua a presión tipo flush por medio de un camión tipo Vactor. Para esto,
fue necesario establecer las siguientes determinaciones.

•  Realizar mantenimiento de los sistemas de suministro cada 10 años.
•  Realizar mantenimiento de los sistemas sanitarios cada 5 años.
•  Usar un camión Vactor 2100 en los mantenimientos (Camión Clase 5-6 según la tabla de

clasificación del cuerpo de vehículos del Anexo 3) donde a partir del Transportation Data
Book desarrollado por Davis, S. C. et al. (2010) se determinó un consumo de combustible de
3.18 Km/L de diésel.

• Una distancia de 4.73 Km entre el sitio de almacenamiento del camión y la ubicación del

sistema como se puede apreciar en la Ilustración 34, obtenida de Google Earth.

Ilustración 35. Esquema de transporte del camión tipo Vactor

• El agua que se utiliza para el mantenimiento de las tuberías debe pasar por un proceso de

tratamiento que idealmente se debe realizar en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
– PTAR El Salitre. En esta planta, según el informe general del mes de febrero del 2021 se
obtuvo un consumo energético de 0.077 kWh/m

de agua tratada.

• Se calcula el consumo total de combustible incluyendo la ida y el regreso del camión.

Teniendo en cuenta los anteriores puntos se realizó el siguiente proceso de cálculo, en donde se
comenzó con la estimación del volumen de las tuberías a partir de los diámetro (D) y longitud (L).

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Tesis II

Rydz)\{

-./01í34

()

) = > ∗ L

M ∗ T

Ecuación 17

Para conocer el consumo energético total por el tratamiento del agua residual, se requiere conocer el
consumo por m

, el volumen de las tuberías y la cantidad de veces que se realizan los mantenimientos

en el periodo de 100 años.

|}ℎ

+61 71373!80976

|}ℎ

)

∗ Rydz)\{ ∗ # e\ )Ä{Å\{Ç)Ç\{ÅyQ

Ecuación 18

Finalmente, para conocer el consumo total de combustible se realiza un cociente entre la distancia
recorrida y el consumo de combustible por vehículo, y esto de multiplica por el número de viajes y
la cantidad de mantenimientos realizados, como se expresa en la Ecuación 19.

!"#$%&'($)*

!"!#$

-(&'./0(.

!"/&%#"

%&'í)*$"

∗ #3* 4(.5*& ∗ #3* #./'*/(#(*/'"&

Ecuación 19

A partir del anterior procedimiento, los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 42.

Tabla 42. Descripción de consumo energético y de combustible en el proceso de mantenimiento

Diámetro

(mm)

Volumen de

tuberías (m

)

Combustible por

viaje (L)

Total consumo

energético (kWh)

Consumo total de

combustible (L)

250

1,23

2,97

0,95

29,75

350

2,41

2,97

1,86

29,75

700

9,62

2,97

14,87

59,50

900

15,90

2,97

24,59

59,50

Los resultados obtenidos se agregaron en SimaPro con las especificaciones señaladas en la Tabla 43.

Tabla 43. Especificación de selección de procesos en SimaPro para el mantenimiento

Nombre en SimaPro

Descripción

Unidad

# Electricity, high voltage {CO}| market
for electricity, high voltage | Cut-off, U

Energía requerida para el
tratamiento del agua residual.

kWh

Diesel {CO}| diesel production,
petroleum refinery operation | Cut-off, U

Combustible requerido para el
transporte del camión tipo Vactor.

6.5. Reciclaje

En la etapa de reciclaje se contempla el proceso de transporte del sistema de tuberías desmantelado
hasta los diferentes puntos de aprovechamiento según el material. Es decir que no se contemplan
estimaciones relacionadas con el proceso como tal, ya que el ciclo de vida llega hasta el punto donde
el material se entrega a la empresa de reciclaje. Teniendo en cuenta lo anterior, en la Tabla 44 se
presenta las estimaciones generadas por el transporte según el diámetro y el material. A su vez, en las

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Ilustraciones 36 y 37 se presentan los esquemas de transporte de donde se obtuvo las respectivas
distancias de los concernientes materiales, por medio de Google Earth.

Tabla 44. Estimación de distancias de transporte de materiales hasta el punto de aprovechamiento

Diámetros

250 mm

350 mm

700 mm

900 mm

Material

Distancia (Km)

tKm

Acero

166

515,76

722,06

1444,13

1856,74

Concreto

108,64

184,8

700

1093,68

PVC

7,8

6,91

9,67

19,34

24,86

HDPE

7,8

7,17

14,46

28,92

37,19

7,8

6,10

8,54

17,08

21,96

166

594,83

1034,73

3582,83

5312,00

Ilustración 36. Esquema de transporte de reciclaje - Concreto

Ilustración 37. Esquemas de transporte de reciclaje – PVC, HDPE y PP (Izquierda) – Acero y DI (Derecha)

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7. RESULTADOS Y ANÁLISIS

Toda la información que fue recolectada, consultada y/o calculada en el planteamiento del caso de
estudio, a excepción de la etapa de instalación, se agregó a SimaPro para la estimación de la huella
de carbono. Dentro del programa, se realizaron configuraciones de calculo para cada etapa del ciclo
de vida de los materiales estudiados, según su diámetro. En este caso, como se busca determinar las
emisiones de carbono equivalente, se seleccionó el método IPCC 2013 GWP 100a V1.03. Esta
metodología fue desarrollada por el Panel Intergubernamental en Cambio Climático y permite incluir
la captura de CO

en un periodo de tiempo de 100 años. La interfaz de selección de este método se

presenta en el Anexo 4. De esta forma fue posible modelar los escenarios y obtener los resultados que
se presentan a continuación.

7.1. Fabricación

En la Tabla 45 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de los escenarios de fabricación para cada uno de los materiales, según el diámetro.

Tabla 45. Resultados de emisiones en la Etapa de Fabricación

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

Fabricación

Acero

250

6110,15

350

9100,37

700

18200,75

900

23399,52

Concreto

250

1047,10

350

1781,16

700

8130,27

900

12875,81

250

6499,96

350

10628,82

700

36803,03

900

51647,68

PVC

250

2958,24

350

4141,66

700

8283,11

900

10649,88

PVC Reciclado

250

1856,00

350

2598,38

700

5196,75

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Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

900

6681,53

250

2283,95

350

3197,53

700

6395,07

900

8222,23

HDPE

250

2715,09

350

5477,44

700

10954,87

900

14083,58

En las Ilustraciones 38 y 39, se presenta de forma gráfica la distribución de emisiones para cada
material según el diámetro de 250 y 350 mm, respectivamente. En estas se puede apreciar que con el
cambio de diámetro se mantiene la misma tendencia de emisiones, por lo que este no resulta ser un
factor diferencial sobre si un material emite más o menos que otro. A su vez, se evidencia que el DI
es el material que mayor cantidad de emisiones genera, a pesar de los vacíos de información existentes
para el montaje de este escenario, por lo que se atribuyen a que la fabricación del hierro fundido
requerido para la elaboración de los ductos es un proceso altamente contaminante y que requiere un
alto consumo energético por el uso de altos hornos. Por otro lado, el acero es el segundo material que
más emisiones genera siendo estas cercanas a las del DI.

Ilustración 38. Resultados E. Fabricación - D:250 mm Ilustración 39. Resultados E. Fabricación - D:350 mm

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

ero

ret

C r

icl

isi

one

Material

Emisiones de CO

Fabricación - D:250 mm

2000

4000

6000

8000

10000

12000

ero

ret

DI PVC

C r

icl

isi

one

Material

Emisiones de CO

Fabricación - D:350 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Ilustración 40. Resultados E. Fabricación - D:700 mm Ilustración 41. Resultados E. Fabricación - D:900 mm

En  las  Ilustraciones  40  y  41, se  presenta  de  forma  gráfica  la  distribución  de  emisiones  para  cada
material según el diámetro de 700 y 900 mm, respectivamente. En estas se resalta que el DI, al igual
que con los diámetros menores, es el material que genera mayor cantidad de emisiones. Sin embargo,
se  evidencia  que  se  crea  mayor  diferencia  entre  este  y  el  acero  dado  que  según  el  catálogo  del
fabricante  de  tuberías  de  DI,  estas  resultan  tener  un  peso  mucho  mayor  cuando  el  diámetro
incrementa, sin necesidad de guardar un proporción, por lo que la diferencia se atribuye a este factor.
Por otro lado, materiales como el concreto y los termoplásticos mantienen un nivel de emisiones más
cercano. Cabe resaltar que cuando se trata de diámetros pequeños como 250 y 350 mm, el concreto
es  el  material  que  menos  emisiones  genera,  pero  a  medida  que  el  diámetro  aumenta,  este  pierde
competitividad con termoplásticos como el PP y el PVC, puede que por la cantidad de materiales
requeridos en su fabricación y por el peso arraigado a este tipo de ductos de mayor tamaño.
En  este  escenario  es  imperante  resaltar  que  el  PVC  con  40%  de  material  reciclado  resulta  ser
altamente competitivo con el resto de termoplásticos, ya que para todos los diámetros este resulta ser
el  que  menor  cantidad  de  emisiones  genera  y  para  los  diámetros  de  700  y  900  mm,  llegan  a  ser
menores que las de los ductos de concreto. Lo anterior es de alta importancia ya que, si no se ven
afectadas  las  propiedades  técnicas,  a  medida  que  se  pueda  aumentar  el  porcentaje  de  materiales
reciclados en la fabricación de tuberías esto puede disminuir significativamente las emisiones que se
generan y representar un ventaja comercial al ser industrias cada vez más amigables con el medio
ambiente. La diminución se cuantifica en cerca de un 37%, en comparación con las tuberías de PVC
fabricadas netamente con materias primas vírgenes, por lo que al tratarse de uno de los materiales
más utilizados en la actualidad para la instalación de sistemas hidráulicos, puede generar ventajas en
términos de aportes de CO

y otros gases de efecto invernadero relacionados con el cambio climático.

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

ero

ret

DI PVC

C r

icl

isi

one

Material

Emisiones de CO

Fabricación - D:700 mm

10000

20000

30000

40000

50000

60000

ero

ret

DI PVC

C r

icl

isi

one

Material

Emisiones de CO

Fabricación - D:900 mm

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Por otro lado, a nivel de los termoplásticos, el HDPE es el material que mayor cantidad de emisiones
genera y esto se relaciona, como en el caso de otros materiales, con el hecho de que en los catálogos
de los fabricantes el peso de los ductos por diámetros es mayor y esto genera el uso de mayor cantidad
de materiales y que se genere un consumo energético más alto en el proceso de extrusión.
Otro de los factores relacionados con el peso de los materiales, es la cantidad de emisiones que se
generan por el transporte de estos, dado que las tKm varían conforme cambia tal factor, por lo que al
haber materiales que se transportan por largas distancias como en los casos marítimos, su magnitud
de peso afecta directamente las emisiones comprendidas.

7.2. Transporte

En la Tabla 46 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de los escenarios de transporte para cada uno de los materiales, según el diámetro.

Tabla 46. Resultados de emisiones en la Etapa de Transporte

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

Transporte

Acero

250

289,00

350

404,00

700

808,00

900

1039,39

Concreto

250

10,50

350

17,90

700

68,70

900

107,00

250

611,00

350

1063,38

700

3682,04

900

5459,07

PVC

250

1,54

350

2,16

700

4,33

900

5,56

250

1,39

350

1,95

700

3,90

900

5,10

HDPE

250

1,63

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Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

350

3,3

700

6,61

900

8,49

Ilustración 42. Resultados E. Transporte - D:250 mm Ilustración 43. Resultados E. Transporte - D:350 mm

Ilustración 44. Resultados E. Transporte - D:700 mm Ilustración 45. Resultados E. Transporte - D:900 mm

100

200

300

400

500

600

700

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Transporte - D:250 mm

200

400

600

800

1000

1200

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Transporte - D:350 mm

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Transporte - D:700 mm

1000

2000

3000

4000

5000

6000

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Transporte - D:900 mm

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En las Ilustraciones 42, 43, 44 y 45, se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos en el
proceso de modelación del transporte de las tuberías desde el punto de fabricación hasta el punto de
instalación.  En  este  caso,  los  resultados  pueden  variar  según  los  lugares  de  localización  que  se
escojan,  por  lo  que  estos  resultados  son  particulares  para  el  caso  de  estudio  seleccionado  en  este
trabajo investigativo. Por lo tanto, para todos los diámetros se evidencia que los materiales que menor
cantidad de emisiones generan por transporte son los termoplásticos, dado que se asume el mismo
lugar de manufactura para todos y la fabrica se localiza en la misma ciudad en donde se ubica el punto
de instalación. A su vez, los termoplásticos resultan ser los materiales con menor peso en comparación
con el resto, por lo que también es un factor que aporta a las bajas emisiones. Para el caso del concreto,
la localización de la fábrica es a las afueras de Bogotá, por lo que su transporte no implica la necesidad
de recorrer distancias considerablemente altas.
Por otro lado, en esta etapa el DI es el material que más emisiones genera dado que la fabricación de
las tuberías no se realiza en Colombia. Por lo que su movilización desde el punto de manufactura
requiere transporte marítimo y terrestre. En cuanto al acero, la fabrica de este tipo de ductos se localiza
fuera de la ciudad, específicamente a 1007 Km, por lo que se requiere una alta carga de transporte.

7.3. Instalación

En la Tabla 47 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de los escenarios de instalación, en la calculadora de cálculo, para cada uno de los
materiales, según el diámetro.

Tabla 47. Resultados de emisiones en la Etapa de Instalación

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

Instalación (A cielo

abierto)

Acero

250

10430

350

10749

700

12280

900

12993

Concreto

250

10317

350

10840

700

12729

900

13257

250

10726

350

10977

700

12386

900

12782

PVC

250

10157

350

10453

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100

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

700

11884

900

12544

250

10385

350

10726

700

13204

900

13996

HDPE

250

10385

350

10726

700

13204

900

13996

Instalación (Pipe

bursting)

HDPE

250

1228

350

1438

700

2207

900

2628

Ilustración 46. Resultados E. Instalación - D:250 mm Ilustración 47. Resultados E. Instalación - D:350 mm

2000

4000

6000

8000

10000

12000

ero

ret

DI PVC PP

sin

nja

isi

one

Material

Emisiones de CO

Instalación - D:250 mm

2000

4000

6000

8000

10000

12000

ero

ret

DI PVC PP

sin

nja

isi

one

Material

Emisiones de CO

Instalación - D:350 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Ilustración 48. Resultados E. Instalación - D:700 mm Ilustración 49. Resultados E. Instalación - D:900 mm

En las Ilustraciones 46, 47, 48 y 49, se presenta de forma gráfica los resultados obtenidos en el proceso
de modelación de la instalación de los ductos en el sitio dispuesto. Los cálculos de este proceso no se
incluyeron dentro de la información ingresada a SimaPro, dado que el programa de cálculo utilizado
(desarrollado por la NASTT) ya arroja resultados de CO

equivalente.

De forma general se evidencia que las emisiones, cuando se trata de un proceso de apertura de zanja,
no presentan variaciones considerablemente altas como en otros escenarios, dado que el proceso de
excavación es similar independiente del material; por lo que las diferencias radican en el ancho
requerido para la instalación cada sistema. Sin embargo, en todos los casos evaluados con este tipo
de tecnología el material que menor cantidad de emisiones genera es el PVC, dado que las
dimensiones de la zanja son menores. Por otro lado, para los diámetros de 250 y 350 mm se evidencia
que el DI, el acero y el concreto son los materiales que más emisiones generan, respectivamente. No
obstante, para los diámetros de 700 y 900 mm el PP y el HDPE lideran la cantidad de CO

emitido.

En cuanto a lo anterior es importante tener en cuenta que en el manual de instalación consultado no
se  reporta  el  proceso  de  cálculo  u  obtención  de  algunos  de  los  valores  de  ancho  de  excavación
establecidos,  sino  que  permanecen  constantes  dependiendo  del  diámetro,  por  lo  que  puede  existir
cierta incertidumbre en estos datos que hagan que las dimensiones de la zanja varíen entre materiales.
En suma, dentro del análisis fue posible establecer un escenario para evaluar la tecnología sin zanja
de Pipe bursting o Fraccionamiento de tuberías. Esta se emplea principalmente para el HDPE, por lo
que  el  escenario  únicamente  se  evalúa  para  este  material  y  hace  parte  de  las  metodologías  de
reemplazo de sistemas existentes. En esta se evidencia que la reducción de emisiones en comparación

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

ero

ret

DI PVC PP

sin

nja

isi

one

Material

Emisiones de CO

Instalación - D:700 mm

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

ero

ret

DI PVC PP

sin

nja

isi

one

Material

Emisiones de CO2 en

Instalación - D:900 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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102

con  el  método  a  cielo  abierto  puede  ser  de  cerca  del  88.2%,  lo  que  quiere  decir  que  este  tipo  de
tecnologías son bastante eficientes en la reducción de la huella de carbono que comprende esta etapa
del ciclo de vida. A su vez, hay ciertas ventajas arraigadas al hecho de que las reducciones se dan
porque  se  requiere  menos  maquinaria,  generan  menos  perturbaciones  superficiales,  se  demanda
menos operarios, los tiempos de operación son menores, entre otras.

7.4. Operación

En la Tabla 48 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de los escenarios de operación para cada uno de los materiales, según el diámetro.

Tabla 48. Resultados de emisiones en la Etapa de Operación

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

Operación

Acero

250

55109,24

350

133093,20

700

24,20

900

39,90

Concreto

250

52340,00

350

131246,61

700

24,20

900

39,90

250

51647,68

350

128168,96

700

24,20

900

39,90

PVC

250

44724,58

350

109703,07

700

24,20

900

39,90

250

45301,51

350

114319,54

700

24,20

900

39,90

HDPE

250

45301,51

350

114319,54

700

24,20

900

39,90

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Ilustración 50. Resultados E. Operación - D:250 mm Ilustración 51. Resultados E. Operación - D:350 mm

Ilustración 52. Resultados E. Operación - D:700 mm y 900 mm

10000

20000

30000

40000

50000

60000

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Operación - D:250 mm

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Operación - D:350 mm

ero

ret

DI PVC PP

isi

one

Material

Emisiones de CO

Operación - D:700-900 mm

900 mm
700 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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104

En las Ilustraciones 50, 51 y 52 se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos en el proceso
de modelación de la operación de los ductos. Para el caso de las tuberías de 250 y 350 mm se evidencia
un mismo comportamiento de los resultados en cuanto a la tendencia de las emisiones generadas por
cada material y esto es por la relación directamente proporcional que existe entre la magnitud del
coeficiente rugosidad (Ks) y el consumo energético que se requiere para el bombeo de agua. Por lo
tanto, se puede afirmar que a mayor Ks mayor energía de bombeo se necesita en el ducto. Lo anterior
al ser evaluado para un periodo de tiempo prolongado como lo son 100 años, hace que la cantidad de
energía sea bastante elevada en comparación con el resto de las etapas de ciclo de vida, por lo que
representa valores de alta importancia al momento de la ponderación de resultados y en la vida real
al momento de la escogencia de un material de un sistema hidráulico dado el consumo energético que
puede representar a futuro. A partir de esto, se evidencia que el PVC es el material que tiene mayores
ventajas operativas en cuanto al bombeo en comparación con el resto, seguido por PP, HDPE, DI,
concreto y finalmente el acero.
Por otro lado, el procedimiento de cálculo de mantenimiento de las tuberías permitió tener en cuenta
estos factores que son fundamentales dentro del ciclo de vida, pero no resulta ser un factor diferencial
entre las emisiones de los materiales ya que permanecen constantes según el diámetro; como se puede
apreciar en la Ilustración 52.

7.5. Reciclaje

En la Tabla 48 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente, obtenidos al realizar la

simulación de los escenarios en la etapa de reciclaje para cada uno de los materiales, según el
diámetro.

Tabla 49. Resultados de emisiones en la Etapa de Reciclaje

Etapa

Material

Diámetro (mm)

Emisiones de CO

(Kg)

Reciclaje

Acero

250

47,60

350

66,60

700

133,00

900

171,00

Concreto

250

10,00

350

17,10

700

64,60

900

101,00

250

54,90

350

95,50

700

331,00

900

481,00

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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105

PVC

250

0,56

350

0,78

700

1,57

900

2,02

250

0,505

350

0,707

700

1,41

900

1,82

HDPE

250

0,593

350

1,2

700

2,40

900

3,08

En las Ilustraciones 53, 54, 55 y 56, se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos en el
proceso de modelación del transporte desde el sitio de desmantelamiento del sistema, hasta el punto
de reciclaje de los diferentes materiales de tuberías.

Ilustración 53. Resultados E. Reciclaje - D:250 mm Ilustración 54. Resultados E. Reciclaje - D:350 mm

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Reciclaje - D:250 mm

100

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Reciclaje - D:350 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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106

Ilustración 55. Resultados E. Reciclaje - D:700 mm Ilustración 56. Resultados E. Reciclaje - D:900 mm

La etapa de reciclaje representa la finalización del ciclo de vida de los materiales, es decir que se
cierra  la  etapa  cuando  son  entregados  a  la  empresa  que  se  encarga  de  darles  algún  tipo  de
aprovechamiento o de disponer ciertos componentes en caso de ser necesario. Por lo cual, al tratarse
de una etapa en la que netamente se relaciona el transporte, depende de la ubicación de los puntos de
movilización  y  del  peso  de  los  materiales.  Teniendo  en  cuenta  lo  anterior,  se  evidencia  que  los
materiales que más emisiones generan son el DI y el acero, dado que su transporte se realiza hasta
otro departamento. A su vez, para el caso de los diámetros de 700 y 900 mm, las emisiones del DI
son ciertamente más elevadas por el alto peso que representa este material en esos escenarios. En
cuanto a los otros materiales, el transporte se realiza en la misma ciudad de Bogotá o en sus afueras,
por lo que las emisiones se sitúan en una menor escala. Específicamente para los termoplásticos son
casi imperceptibles en comparación con los otros materiales, dado el peso de estos materiales.

7.6. Resultados generales

En la Tabla 50 se presentan los resultados de emisiones de CO

equivalente acumuladas, para todo el

ciclo de vida de cada uno de los materiales, según el diámetro.

Tabla 50. Resultados de totales de emisiones

Etapa

Material

Diámetro (mm) Emisiones de CO

(Kg)

Total

Acero

250

72375,80

350

153413,17

700

31445,95

100

150

200

250

300

350

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Reciclaje - D:700 mm

100

200

300

400

500

600

ero

ret

isi

one

Material

Emisiones de CO

Reciclaje - D:900 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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107

Etapa

Material

Diámetro (mm) Emisiones de CO

(Kg)

900

37642,81

Concreto

250

63724,60

350

143902,77

700

21016,77

900

26380,71

250

69149,73

350

150933,66

700

53226,27

900

70409,65

PVC

250

57841,92

350

124300,67

700

20197,21

900

23241,36

250

57972,36

350

128245,73

700

19628,58

900

22265,05

HDPE

250

58403,82

350

130527,48

700

24192,08

900

28131,05

Ilustración 57. Resultados de emisiones totales de tuberías de 250 mm

0,00

10000,00

20000,00

30000,00

40000,00

50000,00

60000,00

70000,00

80000,00

Acero

Concreto

PVC

PVC Reciclado

HDPE

isi

one

(Kg)

Materiales

Emisiones de CO

en el ciclo de vida de tuberías D:250 mm

Fabricación

Transporte

Instalación

Operación

Reciclaje

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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Ilustración 58. Resultados de emisiones totales de tuberías de 350 mm

En las Ilustraciones 57 y 58, se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos para el acumulado
de todo el ciclo de vida de los escenarios, con los diámetros de 250 y 350 mm. En estos se evidencia
que la etapa que más emisiones genera en todos los casos es la de operación, dado que en esta se
comprende la energía de bombeo y mantenimiento de los sistemas por el tiempo total de 100 años. A
su vez, es importante resaltar que, al tratarse de una operación continua por un periodo de 8 horas
diarias sin intermitencia, estos valores son bastante elevados. Esta consideración es importante para
casos  en  donde  se  requiera  bombeo  continuo  en  los  sistemas,  y  a  pesar  de  que  las  condiciones
topográficas  de  Bogotá  facilitan  el  transporte  a  gravedad,  esta  consideración  es  valiosa  para
comprender mejor el ciclo de vida de los materiales.
Por otro lado, la instalación a cielo abierto resulta ser la segunda etapa que más emisiones genera para
todos los materiales, por lo cual constituye consideraciones de importancia a nivel ambiental que se
deben ponderar al momento de la escogencia de una tecnología con o sin zanja.
En algunos casos se evidencia que la fabricación es una etapa con alta cantidad de emisiones, como
por ejemplo para el DI y el acero, donde las emisiones son cercanas a las de la fase de instalación.
Por lo cual, son materiales que actualmente siguen teniendo una alta huella de carbono al momento
de  su  propia  manufactura  y  la  de sus  componentes.  No obstante, para las tuberías de concreto se
evidencia  que  en  esta  etapa  las  emisiones  son  las  mas  bajas  en  comparación  con  el  resto  de  los
materiales.  Esto  se  puede  deber  a  una  hipótesis  relacionada  con  los  esfuerzos  de  reducción  y/o
compensación que está implementando esta industria, específicamente en la fabricación de cemento.
Sin  embargo,  es  necesario  un  análisis  especifico  o  comparativo  para  poder  establecer  causalidad
directa de lo anterior.

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

100000,00

120000,00

140000,00

160000,00

180000,00

Acero

Concreto

PVC

Reciclado

HDPE

isi

one

(Kg)

Materiales

Emisiones de CO

en el ciclo de vida de tuberías D:350 mm

Fabricación

Transporte

Instalación

Operación

Reciclaje

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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109

Para los termoplásticos el escenario es muy similar entre sí ya que comparten variables similares en
algunas de las etapas de ciclo de vida. Sin embargo, se evidencia que la fabricación del PVC al
comprender materiales reciclados si genera un impacto general en todo el ciclo de vida ya que sus
emisiones permiten que este sea el material con menor huella de carbono, en comparación con el
resto. A su vez, se resalta el escenario para el PP ya que este resulta ser muy competitivo en cuanto a
las emisiones acumuladas que genera y por sus características cada vez más emergentes en el mercado
de tuberías.

Ilustración 59. Resultados de emisiones totales de tuberías de 700 mm

Ilustración 60. Resultados de emisiones totales de tuberías de 900 mm

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Acero

Concreto

PVC

PVC Reciclado

HDPE

isi

one

(Kg)

Materiales

Emisiones de CO

en el ciclo de vida de tuberías D:700 mm

Fabricación

Transporte

Instalación

Operación

Reciclaje

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Acero

Concreto

PVC

PVC Reciclado

HDPE

isi

one

(Kg)

Materiales de tuberías

Emisiones de CO

en el ciclo de vida de tuberías D:900 mm

Fabricación

Transporte

Instalación

Operación

Reciclaje

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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110

En las Ilustraciones 57 y 58, se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos para el acumulado
de todo el ciclo de vida de los escenarios para los diámetros de 700 y 900 mm. En estos es importante
tener en cuenta que no se considera bombeo dentro del sistema de tuberías, sino que el transporte del
agua se da por gravedad a superficie libre, es decir que para la etapa de operación únicamente se
contempla el mantenimiento. En las gráficas se evidencia que existen diferencias más marcadas en
las emisiones de los diferentes materiales, en comparación con diámetros menores. Por ejemplo, las
altas emisiones relacionadas con el DI que resultan ser cerca del doble que otros materiales como el
concreto  y  los  termoplásticos.  Lo  anterior  dado  que  la  fabricación  de  las  tuberías  de  DI  en  estos
diámetros resulta ser la fase determinante de las emisiones por su alta magnitud. Teniendo en cuenta
lo anterior, las fases que más emisiones aportan son la de fabricación para el DI, el acero y el HDPE.
Sin embargo, la instalación es la etapa dominante para materiales como el concreto, el PVC, el PVC
reciclado y el PP.
El transporte en el caso del DI resulta tener una mayor incidencia en las Ilustraciones 57 y 58, en
comparación con este material, pero en diámetros menores, lo cual puede deberse al elevado peso de
estas tuberías en los escenarios de mayor tamaño.
De forma general se evidencia que el escenario con 40% de PVC reciclado sigue representando el
material con menor huella de carbono. Así como que los termoplásticos erigen menor cantidad de
emisiones acumuladas, que por ejemplo las tuberías de concreto, a excepción de las de HDPE. A su
vez, se determinó que las etapas de operación y reciclaje no tienen gran incidencia en las emisiones
totales, pero aportan al proceso de determinación de puntos clave que deben ser estudiados cada día
más para la disminución de estas de forma multilateral.

7.7. Compensación

Actualmente para mitigar el efecto de las emisiones de CO

por procesos antropogénicos en el medio

ambiente, se realizan compensaciones que cumplen la función de ser un abono monetario que se
reinvierte en proyectos para mejorar el entorno natural y el desarrollo social. Bajo lo anterior, en
Colombia se desarrolló en la Ley 1819 de 2016 un impuesto nacional al carbono, en donde se aplica
un gravamen para “desincentivar el uso de combustibles fósiles y promover mejoras tecnológicas que
conduzcan a su uso eficiente” (DNP. 2021). Este impuesto para el año 2021 se encontraba en $ 15.500
COP por cada tonelada de CO

generada por la quema de combustibles.

A su vez, es importante establecer puntos comparativos de cómo se realizan estos procesos a nivel
internacional y para el caso de la Unión Europea el valor de compensación por tonelada de carbono
en el mes de julio del 2021 se encontraba en € 53.39 EUR (Martos, A. 2021). Por otro lado, para
finales del 2020 el precio medio mundial del carbono en varios regímenes se situó en $ 22 USD por
tonelada de CO

(Roca, J. 2021).

Lo anterior, permite establecer un punto comparativo sobre el costo real que puede tener compensar
las emisiones generadas por cada sistema de tuberías a lo largo de su ciclo de vida. Por lo cual, en la
Tabla 51 se presentan los resultados obtenidos tanto para el caso colombiano como para los costos
que son aplicados a nivel internacional.

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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111

Tabla 51. Resultados comparativos de costos de compensación

Diámetro: 250 mm

Material

Emisiones

de CO

(Kg)

Compensación de
Carbono ($ COP)

Compensación de
Carbono (€ EUR)

Compensación de
Carbono ($ USD)

Acero

72375,80

$1.121.825

3.864 €

$1.592

Concreto

63724,60

$987.731

3.402 €

$1.402

69149,73

$1.071.821

3.692 €

$1.521

PVC

57841,92

$896.550

3.088 €

$1.273

57972,36

$898.572

3.095 €

$1.275

HDPE

58403,82

$905.259

3.118 €

$1.285

Diámetro: 350 mm

Material

Emisiones

de CO

(Kg)

Compensación de
Carbono ($ COP)

Compensación de
Carbono (€ EUR)

Compensación de
Carbono ($ USD)

Acero

153413,17

$2.377.904

8.191 €

$3.375

Concreto

143902,77

$2.230.493

7.683 €

$3.166

150933,66

$2.339.472

8.058 €

$3.321

PVC

124300,67

$1.926.660

6.636 €

$2.735

128245,73

$1.987.809

6.847 €

$2.821

HDPE

130527,48

$2.023.176

6.969 €

$2.872

Diámetro: 700 mm

Material

Emisiones

de CO

(Kg)

Compensación de
Carbono ($ COP)

Compensación de
Carbono (€ EUR)

Compensación de
Carbono ($ USD)

Acero

31445,95

$487.412

1.679 €

$692

Concreto

21016,77

$325.760

1.122 €

$462

53226,27

$825.007

2.842 €

$1.171

PVC

20197,21

$313.057

1.078 €

$444

19628,58

$304.243

1.048 €

$432

HDPE

24192,08

$374.977

1.292 €

$532

Diámetro: 900 mm

Material

Emisiones

de CO

(Kg)

Compensación de
Carbono ($ COP)

Compensación de
Carbono (€ EUR)

Compensación de
Carbono ($ USD)

Acero

37642,81

$583.464

2.010 €

$828

Concreto

26380,71

$408.901

1.408 €

$580

70409,65

$1.091.350

3.759 €

$1.549

PVC

23241,36

$360.241

1.241 €

$511

22265,05

$345.108

1.189 €

$490

HDPE

28131,05

$436.031

1.502 €

$619

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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112

Ilustración 61. Compensación de huella de carbono según norma colombiana

Ilustración 62. Compensación de huella de carbono según norma europea

$500.000

$1.000.000

$1.500.000

$2.000.000

$2.500.000

Acero

Concreto

PVC

HDPE

Materiales

Compensación de emisiones de CO

250 mm
350 mm
700 mm
900 mm

0 €

1.000 €

2.000 €

3.000 €

4.000 €

5.000 €

6.000 €

7.000 €

8.000 €

Acero

Concreto

PVC

HDPE

(€

Materiales

Compensación de emisiones de CO

250 mm
350 mm
700 mm
900 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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113

Ilustración 63. Compensación de huella de carbono según promedio mundial

En las Ilustraciones 61, 62 y 63, se presentan de forma gráfica los resultados obtenidos para la
estimación económica de los costos de compensación por toneladas de CO

emitidas en cada

escenario  planteado  en  el  presente  trabajo  de  investigación.  En  estas  se  evidencia  que  para  los
diámetros  menores  (250  y  350  mm)  los  costos  son  mayores  dado  que  se  contemplan  mayores
emisiones en la etapa de operación. Por lo cual, al tener sistemas sin bombeo continuo, las emisiones
y por ende los costos de compensación se reducen en gran magnitud.
Por otro lado, se evidencia que a nivel internacional los costos de compensación son mucho más
elevados que los que se encuentran estandarizados en Colombia. Lo anterior ya que, por ejemplo, en
el caso de Europa y del promedio mundial se paga cerca de 15 y 5 veces más por la compensación de
emisiones,  respectivamente.  Esto  representa  un  problema  de  subestimación  de  los  costos  por
afectaciones medioambientales en el territorio colombiano y constituye un alto costo de oportunidad
en  inversión  de  proyectos  que  pueden  ayudar  a  mitigar  las  problemáticas  ambientales  y  las
afectaciones directas sobre el cambio climático. En suma, puede implicar un problema al momento
de la toma de decisión por parte del emisor y es sobre si es más costoso evitar la generación de CO

o  pagar  el  impuesto  establecido,  lo  cual  reduce  los  esfuerzos  dirigidos  por  parte  de  este  tipo  de
políticas públicas para cumplir objetivos tangibles que estén alineados con la reducción de la huella
de carbono.
A  su  vez,  se  evidencia  que  hay  una  relación  directamente  proporcional  entre  los  costos  de
compensación y las emisiones de cada material, por lo que el utilizar materiales que generen una
menor huella de carbono puede representan un ahorro por pagos en compensación a futuro, en caso
de que se llegase a reglamentar en algún momento una medida de este tipo.

$500

$1.000

$1.500

$2.000

$2.500

$3.000

$3.500

Acero

Concreto

PVC

HDPE

)

Materiales

Compensación de emisiones de CO

250 mm
350 mm
700 mm
900 mm

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/cff5cadec575a17513c33ff5f1eefb56/index-html.html

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114

8. CONCLUSIONES

En el presente trabajo de investigación se llevó a cabo una revisión bibliográfica para establecer el
estado del arte del análisis de ciclo de vida de materiales de tuberías comúnmente utilizados en
sistemas hidráulicos urbanos, para de tal forma instituir el statu quo de este tipo de estudios a nivel
nacional e internacional. A su vez, se pudo realizar la modelación de un caso de estudio teórico, en
el cual se evaluó la huella de carbono del ciclo de vida de diferentes materiales de tuberías a partir de
la variación de los diámetros y de clasificar su uso hidráulico entre sistemas de suministro y sanitarios.
De acuerdo con lo anterior se pudo concluir que:

• A nivel internacional se cuenta con múltiples estudios que se enfocan en el análisis de ciclo

de vida de materiales de tuberías, en diferentes países. Estos trabajos en su mayoría cubren
las etapas de fabricación, transporte e instalación de los ductos; dada la complejidad y gran
cantidad de información que se requiere en estas. No obstante, se evidencia que las etapas de
operación y disposición y/o reciclaje son las que menos enfoque han tenido, por lo que son
limitados los estudios en los cuales se cumbre la verdadera totalidad del ciclo de vida de los
materiales. Sin embargo, en Colombia no se cuenta con antecedentes de este tipo de estudios
que sean de acceso público y que evalúen bajo condiciones locales la huella de carbono y/o
impacto medioambiental de utilizar ciertos materiales de tuberías en proyectos hidráulicos
urbanos.

• En el estado del arte se evidencia que la mayoría de los estudios basan sus cálculos en la

estimación de energía incorporada, que resulta ser la cantidad de energía requerida por todas
las actividades relacionadas con un proceso productivo. Sin embargo, este tipo de valores son
estandarizados con información especifica de ciertos países en los cuales se llevó a cabo la
recolección de datos y pueden crear cierta incertidumbre al ser aplicados en otros contextos
productivos, tecnológicos y sociales alrededor del mundo. Por lo cual, el trabajar con datos e
información local se puede aportar exactitud en la elaboración de un análisis de ciclo de vida
de este tipo.

• En la revisión bibliográfica se pudo apreciar que hay gran cantidad de estudios enfocados

netamente en la evaluación de la huella de carbono de sistemas de instalación de tuberías.
Esto al tratarse de una de las etapas con mayor cantidad de emisiones de CO

y en la que se

cuenta con mayor cantidad de avances tecnológicos hoy en día. Dentro de estos se resaltan
las ventajas operativas de las metodologías sin zanja. Lo anterior se pudo evaluar en el caso
de estudio por medio del planteamiento de un escenario en el cual se utilizó fraccionamiento
de tuberías. De lo anterior se obtuvo una reducción de cerca del 88% de las emisiones de
carbono utilizando esta tecnología en comparación con el método convencional a cielo
abierto. Por lo que se concluye que este tipo de métodos aportan importantes reducciones a
las afectaciones medioambientales generadas en la instalación de estos sistemas y se pueden

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115

resaltar otras propiedades como la reducción del ruido, afectaciones superficiales y tiempo
de operación.

• Dentro del caso de estudio, de forma general se evidenció que el peso de los materiales es

una de las principales consideraciones al momento de incrementar la estimación de la huella
de carbono, ya que en la mayoría de las etapas es un factor que se incluye dentro de los
cálculos. Por lo cual, hay una relación directamente proporcional entre el peso de las tuberías
y la cantidad de CO

generado por cada material. En este orden de ideas, materiales como el

DI, el acero y el concreto presentan pesos considerables, en comparación con los
termoplásticos, y resultan ser en su mayoría los materiales con mayor huella de carbono.

• En los escenarios planteados para los diámetros de 250 y 350 mm, se evidencia que la etapa

de operación es la más determinante al momento de la comparación acumulativa de las
emisiones de CO

. Esto dado que en esta se contempla el bombeo continuo de agua por un

periodo  extendido  de  100  años,  lo  cual  implica  un  consumo  energético  constante  y
prolongado. Por lo cual, el factor determinante dentro de la estimación de estos cálculos fue
el  coeficiente  de  rugosidad  de  los  materiales  (Ks),  ya  que  se  presenta  una  relación
inversamente proporcional entre este y la huella de carbono. Dado esto, se obtuvo que los
termoplásticos, en especial el PVC, presentan ventajas operativas en comparación con el resto
al tratarse de materiales menos rugosos y por ende su consumo energético en un periodo de
funcionamiento es menor que otros de uso convencional.

• En los escenarios planteados para los diámetros de 700 y 900 mm en los cuales el agua se

transporta a superficie libre, se evidencia que las etapas que comprenden la mayor cantidad
de emisiones son las de fabricación e instalación de las tuberías. En este caso se pudo evaluar
los diferentes procesos que se llevan a cabo en la fabricación de los ductos y se concluyó que
los  termoplásticos  y  el  concreto  son  materiales  bastante  competitivos  en  cuanto  a  las
emisiones que generan en esta etapa ya que no presentan altas variaciones en comparación
con  el  DI  y  el  acero.  Por  otra  parte,  es  evidente  el  alto  impacto  ambiental  que  genera  la
instalación de este tipo de sistemas con el método convencional a cielo abierto, independiente
del material que se utilice, ya que las variables de dimensionamiento de las zanjas pueden
depender de los criterios de diseño que se requieran para el proyecto en especifico.

• A partir del escenario propuesto en el cual se utiliza un 40% de PVC reciclado, se pudo

evidenciar que las emisiones de este se mantienen por debajo en comparación con el resto de
los materiales incluidos en este estudio. Por lo cual, reciclar este tipo de sistemas resulta ser
una alternativa factible al tener en cuenta que este material puede ser reutilizado múltiples
veces sin perder sus propiedades funcionales y de resistencia. Lo anterior, también requiere
de la realización de diferentes estudios de mercado en los cuales se evalúe la factibilidad de
incluir este tipo de ductos dentro de la oferta disponible para clientes y así conocer la
respuesta de estos últimos a alternativas más amigables con el medio ambiente.

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116

• Se concluye que el escenario de fabricación de tuberías de PVC reciclado representa una

oportunidad de evaluación de este tipo de alternativas para otros termoplásticos como el
HDPE y el PP, que pueden resultar en escenarios similares de reducción de emisiones.

• Por medio del proceso de búsqueda de información bibliográfica y de la recolección de datos

con empresas del sector, se pudo conocer el esfuerzo de las diferentes industrias por reducir
emisiones en las diferentes fases del ciclo de vida de los materiales. Esto ya que actualmente
se cuenta con procesos emergentes para compensar las emisiones generadas, por ejemplo en
la fabricación, e incluir procesos con mejores rendimientos energéticos. A su vez, hoy en día
se cuenta con cada vez más técnicas de reciclaje de materiales que permiten que se les de un
nuevo uso y no se contemple únicamente las alternativas de abandono o disposición final.

• De forma general se pudo evidenciar que los materiales que menor huella de carbono tienen

a lo largo de su ciclo de vida son el PVC y el PP. Por lo cual, al momento de ponderar
variables de escogencia de un material para ser utilizado en un proyecto hidráulico urbano,
estos pueden tener ventajas en comparación con el resto al incluir menores emisiones de CO

A su vez, permite desarrollar la importancia de tener en cuenta los costos de toneladas de
carbono dentro de los aspectos regulatorios al momento de permitir o no la ejecución de
proyectos.

• Por medio del ejercicio de comparación de costos de compensación de CO

, se pudo

evidenciar que en Colombia el precio pagado por la emisión de gases de efecto invernadero
resulta ser mucho menor que lo exigido en otros lugares del mundo. Lo cual permite evaluar
los vacíos de rigor regulatorio impartidos por el gobierno al intentar incentivar la reducción
en el uso de combustibles fósiles y de las emisiones generadas por procesos industriales. Por
lo que es necesario replantear este tipo de costos y hacer que sean acordes con las afectaciones
medioambientales y sociales que se generan en el país, lo cual puede requerir dejar de lado
únicamente la ponderación económica.

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9. RECOMENDACIONES

A continuación, se describen algunas recomendaciones surgidas a partir de la realización de este
trabajo de investigación y que pueden ser tenidas en cuenta para trabajos futuros:

• El proceso de obtención de información primaria para el caso de estudio se vio

obstaculizado en algunos casos por la falta de datos para ser incluidos en el análisis de
ciclo de vida. Por lo cual, una recomendación inicial para la ejecución de este tipo de
ejercicios  es  la  recopilación  previa  de  información  que  se  ajusten  a  los  objetivos
planteados  inicialmente  y  que  de  esta  forma  se  asegure  menor  incertidumbre  en  los
procesos de modelación computación e interpretación de resultados.

• Por otro lado, este ejercicio de evaluación de ciclo de vida para diferentes materiales de

tubería se puede realizar teniendo en cuenta una evaluación previa de la vida útil de cada
uno de los materiales, ya que en este caso se asumió que todos funcionarían de forma
óptima en todo el periodo de evaluación planteado de 100 años. Pero en la vida real, se
puede requerir el reemplazo de sistemas en este mismo lapso y por ende se verían
alterados los resultados de consumo de materiales y también las emisiones de CO

generadas.

• Este estudio es un punto de partida para incentivar este tipo de investigaciones sobre la

huella de carbono de materiales al momento de ser evaluados en un contexto como el
colombiano. Por lo cual surge la necesidad de que se realicen cada vez más estudios en
diferentes contextos como el académico y el industrial, para incentivar así la generación
de conocimiento local que pueda ser compartido y comparado con el que ya está
disponible a nivel internacional.

• Dentro del proceso de modelación, se recomienda el evaluar escenarios de reciclaje para

otros materiales y de esa forma valorar si se generan reducciones en la huella de carbono.
Lo anterior para determinar cuál se puede ver más beneficiado en el manejo de materiales
reutilizados dentro de su cadena de producción.

• Se pudo evidenciar el amplio desarrollo y evaluación del uso de tecnologías sin zanja

alrededor del mundo y como estas generan gran cantidad de beneficios operacionales,
sociales y ambientales. Sin embargo, surge un vacío sobre como estas pueden llegar a ser
más  aplicables  a  múltiples  materiales  disponibles  hoy  en  día  en  el  mercado.  Lo  cual
genera la necesidad de estudiar lo anterior para de tal forma plantear su uso extensivo en
diferentes  escenarios.  A  su  vez,  en  Colombia  surge  la  necesidad  de  generar
investigaciones locales que comparen los beneficios que pueden traer estas tecnologías
en un caso de estudio local.

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Anexo 4. Interfaz de selección de método de configuración de cálculo en SimaPro

Estado del arte de los costos de toneladas de carbono equivalente para ser incluidos en diseños multiobjetivo de sistemas hidráulicos urbanos

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