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Introducción
L
a relación entre consumo de gas natural y tempera-
turas es bien conocida.1, 2
En forma intuitiva, podría
suponerse que los inviernos con temperaturas más
bajas son los de mayor consumo. Sin embargo, el análisis
de situaciones reales indica que este no es el caso. Un episo-
dio de frío intenso de corta duración, en un contexto de
temperaturas moderadas no conduce a gran consumo. Por
otra parte, un episodio de frío no tan intenso, pero en un
contexto de bajas temperaturas, puede llevar a una situa-
ción de gran consumo. De este modo, vemos que un análi-
sis de picos de temperaturas no es adecuado para caracteri-
zar escenarios térmicos de gran consumo de gas natural por
cañerías. Varios estudios realizados recientemente indican
que los consumos de gas natural se correlacionan muy bien
con un parámetro denominado temperatura efectiva (Tef),
que se define como la media aritmética de la temperatura
media del día y el promedio de las temperaturas medias de
los cuatro días anteriores. Este concepto tiene en cuenta el
efecto de los escenarios térmicos preexistentes en los consu-
mos de gas natural. Numerosos estudios realizados1, 2
mues-
tran que existe una menor dispersión de los datos de con-
sumos diarios no interrumpibles si se los grafica como fun-
ción de la temperatura efectiva que sí se emplea la tempera-
tura media o la deficiencia grado día1
(DGD).3
Los servicios
de distribución no interrumpibles son aquellos brindados a
los clientes en los que se prevé interrupción, salvo en situa-
ción de emergencia o fuerza mayor.4
En particular, los con-
sumos residenciales (R) y los brindados a comercios y
pequeñas industrias (P) se realizan en esta modalidad.4
Así
Petrotecnia • agosto, 2005
98 I
Caracterización de los inviernos
según su impacto
en el consumo de gas natural
Por Salvador Gil, L. Pomerantz y R. Ruggero, gerencia de Distribución del Enargas
La influencia de la temperatura en el
consumo de gas natural para usos
residenciales y comerciales es un hecho
bien conocido. Sin embargo, a la hora de
comparar un escenario de consumo de un
año a otro, existen pocos procedimientos
que permitan realizar una comparación
objetiva y cuantificable. En este trabajo se
resumen algunos criterios y algoritmos que
permiten caracterizar y cuantificar la
severidad de distintos inviernos y su
impacto en el consumo de gas natural.
Estos estudios complementan los realizados
en el pasado y permiten describir el
comportamiento del consumo no
interrumpible de gas en todo el país.
mismo, dichos estudios también ponen de
manifiesto una estrecha relación entre los
comportamientos de los consumos diarios
en función de la temperatura efectiva y los
consumos mensuales en función de la tem-
peratura media mensual.
La figura 1 muestra la variación del con-
sumo específico mensual, esto es, el consu-
mo por usuario, en función de la tempera-
tura media mensual para las componentes R
y P. Además, presenta los datos correspon-
dientes a todo el país y representa práctica-
mente todas las regiones de la República
Argentina estudiadas. Por su parte, la varia-
ción en el tiempo del número de usuarios R
y P para las distintas regiones del país mues-
tra una variación suave en el tiempo y con
tendencias que permiten proyecciones con-
fiables en el corto y mediano plazo.1, 2
La
figura 2 ilustra estas tendencias para los
usuarios R y P en la Argentina.
Además, la figura 1 indica que es posible
modelar el consumo diario (promediado
mensualmente) como función de la tempe-
ratura media mensual, Tmes, por la expresión:1, 2
(1)
donde Q0, ƒ, T0 y ∆T son parámetros que se pueden obtener
del ajuste de los datos de consumos específicos. La función
Tanh denota la tangente hiperbólica. Además, dado que
dichos consumos son los valores mensuales, los mismos son
fáciles y obtenibles de manera confiable de los datos de fac-
turación, para cada uno de los componentes de consumo. La
interpretación de este comportamiento para el componente
R es simple de comprender. A altas temperaturas, el consumo
de gas residencial se reduce básicamente al uso de cocción de
alimentos y calentamiento de agua. Estos consumos son
poco dependientes de la temperatura. Por esta razón, los
datos y el modelo muestran que el consumo de gas a altas
temperaturas tiende a un valor constante e independiente de
la temperatura. A medida que la temperatura desciende, los
usuarios comienzan a encender la calefac-
ción en forma progresiva y el consumo
comienza a incrementarse de manera monó-
tona a medida que disminuye la temperatu-
ra. Una vez que toda la calefacción está
encendida, disminuciones posteriores de la
temperatura dejan de producir incrementos
de consumos. Así, de nuevo observamos que
el consumo se vuelve prácticamente inde-
pendiente de la temperatura y alcanza un
valor máximo o de saturación a bajas tempe-
raturas efectivas. Un análisis de la expresión
teórica (1) indica que para Tmes = T0,
Qdiario_prom_mes = Q0 corresponde al punto
donde la curva de consumo alcanza su punto
de inflexión. Para Tmes << T0, Qdiario_prom_mes =
QMáx= Q0(1+f), este valor constituye el consu-
mo máximo o de saturación por usuario, es
decir, el consumo promedio por usuario
cuando toda la calefacción disponible se encuentra encendi-
da. Para Tmes=Tcrit 10 °C, Qdiario_prom_mes 0.75.QMáx, y este
valor constituye un consumo que se encuentra aproximada-
mente a un 75% del consumo máximo. Por lo tanto, esta
temperatura –a la que llamaremos temperatura crítica, Tcrit–
representa una temperatura característica que indica el inicio
de altos consumos de gas en las distintas regiones del país.
Como los valores de los parámetros Q0, f, T0 y ∆T de la
expresión (1) varían de una región a otra del país, es de
esperar que también el valor de Tcrit varíe de una región a
otra, ya que según la definición propuesta, esta temperatura
se asocia con la ocurrencia de consumos iguales o mayores
que 0,75 Qmáx. Sin embargo, se observa que dicha variación
es relativamente modesta ( 1° C).
Por lo tanto, con el objeto de tener criterio general de
validez en todo el país, resulta útil definir Tcrit= 10° C para
todo el territorio nacional.
Petrotecnia • agosto, 2005 I 99
Figura 1. Variación de los consumos específicos residencial (R), círculos, referidos al eje
vertical izquierdo y servicios generales pequeños (P), cuadrados, referidos al eje vertical
derecho. Los consumos específicos que se muestran son los consumos diarios
(promediados mensualmente) como función de la temperatura media mensual. Las curvas
de trazos continuos son las predicciones del modelo descrito por la ecuación (1). Los datos
corresponden a todo el país.4
Para temperaturas inferiores a Tcrit = 10° C, estamos en la
región de altos consumos.
Figura 2. Variación del número de usuarios R (residencial, círculos, referidos al eje vertical
izquierdo) y P (servicios generales pequeños, cruces, referidos al eje vertical derecho). Las
variaciones suaves de estas curvas permiten proyecciones confiables en medianos plazos,
es decir, de uno a dos años.
Caracterización de los inviernos
Para poder caracterizar y cuantificar los aspectos que
resultan más relevantes en la determinación de un invierno
de gran consumo, en el cual puedan ocurrir riesgos poten-
ciales en el abastecimiento de gas, realizamos las considera-
ciones siguientes. Dada una región o ciudad para la cual
suponemos conocidas las temperaturas ocurridas en un
intervalo de tiempo largo, digamos diez a quince años,
podemos calcular las temperaturas medias mensuales.
En el apéndice A se discuten las consideraciones nece-
sarias para realizar este análisis, si se toma como base un
rango de años más extenso. Para evaluar el comporta-
miento de un escenario térmico correspondiente a un
año dado, resulta útil comparar las temperaturas diarias
efectivas con los correspon-
dientes promedios mensua-
les. En la figura 3 se presenta
un ejemplo para la región del
Gran Buenos Aires.
De la observación de estas
figuras, surge de modo natu-
ral la idea de cuantificar cuán
frío o caluroso resulta un
invierno dado, que para nues-
tro fin se puede definir opera-
cionalmente como el escena-
rio térmico que se presentó
durante los meses de mayo,
junio, julio y agosto.
Caracterizamos con el pará-
metro índice_invierno, la des-
viación promedio de la tem-
peratura efectiva respecto de
las temperaturas mensuales promedios. Más específica-
mente definimos:
(2)
donde la suma se extiende a todos los días del invierno, es
decir, los días entre mayo y agosto. T es la temperatura
efectiva para cada día; i, T es la temperatura media
mensual para el mes al que corresponde el día en cuestión
i. Norm es una constante empírica, elegida de modo tal que
en los inviernos más rigurosos el índice_invierno sea del
orden de -10. El valor que adoptamos en este estudio es
Norm = 40. Según esta definición, el índice_invierno nos
indica cuán frío o caluroso resultó un invierno dado relati-
vo a los valores promedios históricos, pero no indica nece-
Petrotecnia • agosto, 2005
100 I
Figura 4. Comparación de las temperaturas diarias efectivas realmente ocurridas y los promedios
mensuales, similar a la figura 3, para el año 2003 en el Gran Buenos Aires.
Figura 3. Comparación de las temperaturas diarias efectivas realmente ocurridas, con los promedios mensuales, para el año 2000 en el Gran
Buenos Aires. La curva de trazos continuos representa la evolución de la temperatura efectiva diaria. La línea de trazos horizontales rectilíneos
(azul) corresponde a la temperatura media mensual. La línea horizontal lila representa la temperatura crítica, Tcrit. El área sombreada entre la
curva de las temperaturas efectivas diarias y Tcrit, da una idea de situaciones de gran consumo de gas. El parámetro deficiencia grado invierno
(DGI), definida en el texto, es proporcional al área sombreada y brinda la medida de la rigurosidad y persistencia en el tiempo de escenarios de
elevado consumo de gas.
Petrotecnia • agosto, 2005
102 I
sariamente si en un invierno dado se produjeron escenarios
de gran consumo. Por ejemplo, en un intervalo de tiempo
pudo haber ocurrido oscilación térmica alrededor de cierta
temperatura media. En este caso, el índice_invierno tendría
igual valor independientemente de la amplitud de dicha
oscilación. Sin embargo, es claro que a mayor amplitud de
oscilación, las temperaturas mínimas serán menores y, en
consecuencia, conducirán a mayores picos de consumos.
Para evaluar y cuantificar estos escenarios de gran consu-
mo en un invierno, resulta útil introducir un nuevo pará-
metro, que indique su rigurosidad. Es claro que el área
comprendida entre la curva de temperatura efectiva diaria y
la de temperatura crítica, representada por el área sombrea-
da de las figuras 3 y 4, nos da una idea de ocurrencia y per-
sistencia en el tiempo de escenarios de gran consumo de
gas, es decir, cuando el consumo supera el 75% del consu-
mo máximo o de saturación en una región.
(3)
Como que este área (Área_inv) siempre tiene un mismo
signo y con el objeto de tener una escala de comparación
simple, introducimos la definición de deficiencia grado
invierno (DGI), como un parámetro proporcional a dicha
área sombreada pero renormalizada de modo que los años
con inviernos promedios tengan DGI = 0. Más específica-
mente definimos:
(4)
donde <Área_inv> representa el valor medio de dicha área
para una serie de varios años en la región en estudio. El fac-
tor 4 en el denominador se elige de modo tal que para los
años más rigurosos el valor de DGI -10 (año 1984 para el
Gran Buenos Aires). Así, si el valor de DGI es cercano a -10,
significa que en el invierno en cuestión ocurrieron varios
días consecutivos con temperaturas más bajas que Tcrit y los
consumos permanecieron altos por tiempos prologados.
Los escenarios térmicos más críticos desde el punto de
vista del consumo de gas natural corresponden a aquellos
donde coinciden valores grandes y negativos de ambos
índices: el índice_inv y el DGI. Los valores de ambos índices
cercanos a -10 indican que en este caso se tendrá un consu-
mo elevado y persistente, en un contexto de temperaturas
inferiores a los valores promedios. Estos son los escenarios
térmicos de mayor exigencia para los sistemas que permi-
ten el abastecimiento de gas natural por cañerías.
La figura 6 muestra una correlación de los valores de
consumos máximos anuales (invernales) de los componen-
tes R y P en función del parámetro DGI para la misma
zona. Los consumos R y P se corrigieron para tener en
Petrotecnia • agosto, 2005
104 I
cuenta la variación en el número
de usuarios que ocurrió en estos
años. Esta región del Gran Buenos
Aires la abastece Metrogas y Gas
Natural Ban y los datos aquí
expuestos, para los años compren-
didos entre 1997 y 2004, los
administraron dichas distribuido-
ras. Esta figura indica una correla-
ción clara y notoria entre los con-
sumos diarios máximos y el pará-
metro DGI, que confirma la hipó-
tesis central de este trabajo, es
decir, la utilidad del índice DGI
para caracterizar los escenarios de
gran consumo de gas. Además,
esta figura señala que los menores
valores de DGI corresponden a
inviernos con elevado consumo
de gas y viceversa.
Un análisis de los resultados
mostrados en la figura 5 indican
que, escenarios de gran consumo,
comparables a los ocurridos en el
año 2000, tienen una probabili-
dad de ocurrencia de cinco veces
en veintiséis años, es decir, apro-
ximadamente el 23%; mientras
que escenarios de moderado con-
sumo invernal, similares a los de
Figura 5. Evolución de los índices índi-
ce_invierno y el DGI para la región de
Gran Buenos Aires durante los años com-
prendidos entre 1978 y 2004. Los esce-
narios de riesgo en el abastecimiento los
configuran los casos en que ambos índi-
ces resultan negativos, por ejemplo, los
años 1984, 1988, 1992, 1993, 1995 y
2000.
Petrotecnia • agosto, 2005
106 I
los años 2001 y 2002, tienen una probabilidad de ocurren-
cia del 54%. En este mismo contexto, los escenarios de
inviernos cálidos, similares a los del año 2004, tienen una
incidencia del 23%, cinco veces en veintiséis años. Estas
últimas estimaciones de probabilidades de ocurrencia de
distintos escenarios térmicos tienen una incertidumbre del
orden del 5%.
Conclusiones
Los formalismos desarrollados nos permiten caracterizar
y comparar los distintos escenarios térmicos ocurridos en
los períodos invernales, de acuerdo a su impacto en el con-
sumo de gas natural. Una forma de identificar escenarios de
alto consumo de gas consiste en analizar no sólo cómo se
comporta la temperatura efectiva respecto de los promedios
mensuales –que en nuestro estudio la indica el parámetro
índice_inv (índice invierno)– sino también el comporta-
miento de la deficiencia grado invierno (DGI), que nos
indica la severidad de un determinado invierno. Como
vimos, este parámetro brinda la medida de la magnitud y
duración en tiempo en que la temperatura efectiva descien-
de por debajo de la temperatura crítica (Tcrít = 10° C). Estos
escenarios térmicos se asocian a situaciones en que el con-
sumo supera aproximadamente el 75% del consumo máxi-
mo o de saturación. Una conclusión importante de este
estudio consiste en que la ocurrencia de situaciones de alto
consumo, como las registradas en la Argentina en el año
2000, no son excepcionales sino que tienen una probabili-
dad de ocurrencia de cinco veces en veintiséis años (proba-
bilidad del orden de 23%). Estos escenarios de consumos
son los que designaremos como inviernos rigurosos. Por lo
tanto, es adecuado tomar este tipo de escenario térmico
como un típico año de alto consumo. Por su parte, los esce-
narios térmicos similares a los años 2002 y 2003 son repre-
sentativos de inviernos moderados, los más frecuentes, con
una probabilidad de ocurrencia de catorce veces en veinti-
séis años, es decir, una probabilidad del orden del 54%.
Estos escenarios de consumos son los que designaremos
como inviernos normales. Por último, estas situaciones tér-
micas –como las ocurridas en Buenos Aires en el año 2004–
constituyen escenarios térmicos cálidos cuya probabilidad
de ocurrencia es del orden del 23%.
Las opiniones y los puntos de vista aquí vertidos
son responsabilidad exclusiva de los autores.
Deseamos agradecer a la doctora A. Schwinty y
al ingeniero L. Duperon por la atenta lectura del manuscrito
y sus valiosas sugerencias.
Referencias
1
Gil, S. et al., “Modelo generalizado de predicción de consumos de gas
natural a mediano y corto plazo I”, en Gas & Gas, Año IV, Nº 48,
2002, pp. 24-30 y Año IV, Nº 49, 2002.
2
Gil, S. et al., “Generalized Model of Prediction of Natural Gas
Consumption”, en Journal of Energy Resources Technology, Vol. 126,
The American Association of Mechanical Engineers (ASME
International), junio de 2004, p. 90.
3
Gil, S. et al., “Modelo de predicción de consumo de gas natural en la
República Argentina”, en Petrotecnia, Año XL, N° 3, Sup. Tecn. 1,1,
junio de 1999.
4
Marco regulatorio del gas, ley 24.076 de la Nación argentina, en
www.enargas.gov.ar.
5
“Climate”, en http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/cli-
mate.html.
6
Barros, V. y Camilloni, I., “Urban-Biased Trend in Buenos Aires’ mean
Temperature”, en Climate Research, Vol. 4, Nº 33, 1995.
7
“Urban Heat Island Effect”, en http://www.epa.gov/heatisland/, Estados
Unidos, EPA.
8
“A Paradox in the Notion of Human-Made Global Warming”, en Scientific
American, Nº 42, marzo de 2004, www.sciam.com.
9
“Fingerprints of Global Warming on Wild Animals and Plants, A Globally
Coherent Fingerprint of Climate Change Impacts Across Natural
Systems”, en Nature, Vol. 421, enero de 2003, pp. 37-42, 57-60.
10
Thomas et al., “Melting Ice Caps”, en Science, Nº 306, 8 de octubre de
2004, pp. 255-258.
11
Camilloni, I. y Barros, V., “On the Urban Heat Island Effect Dependence on
Temperature Trends”, en Climatic Change, Nº 37, 1997, pp. 665-681.
Figura 6. Valores de consumos máximos o de pico para los
componentes R y P como función del parámetro DGI. Los datos
ilustrados en esta figura corresponden a los consumos de los años 1997
a 2004, corregidos por variación en el número de usuarios, para la
región del Gran Buenos Aires abastecida por las distribuidoras Metrogas
y Gas Natural Ban.
Petrotecnia • agosto, 2005
108 I
Apéndice A
Análisis de la evolución de los escenarios térmicos
en el Gran Buenos Aires de 1944 a 2005
Por lo general, las zonas urbanas tienen una temperatura
mayor (de unos pocos grados centígrados) que las zonas
rurales aledañas. Este fenómeno se conoce como efecto de
calentamiento isla urbano (urban heat islands effect, UHI).5, 6, 7
Así, al extenderse las áreas urbanas este efecto se acentúa y,
en consecuencia, las temperaturas urbanas muestran una
tendencia a incrementarse. Este comportamiento de la tem-
peratura es consecuencia del reemplazo de grandes exten-
siones de terreno cubierto por vegetación natural, por cons-
trucciones, pavimento, etc. El cemento, el pavimento y
otros materiales de construcción, impiden o inhiben el
enfriamiento por evaporación y, además, presentan coefi-
cientes de absorción de la radiación solar mayores que las
áreas cubiertas por vegetación natural. El efecto UHI no
debe de confundirse con el de calentamiento global, que es
consecuencia del incremento de gases de invernadero –en
general, dióxido de carbono y metano– en la atmósfera y
quizá también de variaciones en la actividad solar, con con-
secuencias que afectan a toda la Tierra. El calentamiento
global fue de una fracción de grados por siglo durante la
primera mitad del siglo xx y el incremento de la temperatu-
ra global creció de manera notable en los últimos 35 años a
unos 2,5° C/siglo (véase figura A2).6-10
La figura A1 muestra la variación de la temperatura
media anual e invernal para la ciudad de Buenos Aires. Una
característica conspicua de estos datos es el incremento
monótono que muestran en el tiempo, con una tasa de cre-
cimiento de aproximadamente 2,5° C/siglo, para ambos
conjuntos de datos mostrados en la figura A1.
Es interesante notar que esta variación de temperatura,
que en principio tendría contribución tanto del efecto de
calentamiento isla urbano como de calentamiento global,
tiene una tasa de crecimiento que coincide casi en forma
exacta con los incrementos de temperaturas globales obser-
vados en los últimos cuarenta años (véase figura A2). Esta
tendencia también se observa en registros tomados en otras
zonas aledañas a la ciudad de Buenos Aires,6
e indica que
este calentamiento en la ciudad y en las zonas aledañas
copian la tendencia global. Otros estudios5
indicarían que el
efecto UHI se ha mantenido estable en la ciudad de Buenos
Aires en aproximadamente 1 a 1,5° C desde el año 1960.
Estas observaciones sugieren que el calentamiento monóto-
no de la ciudad de Buenos Aires sería consecuencia princi-
palmente de la tendencia de calentamiento global.
Desde el punto de vista de la industria del gas natural, lo
que buscamos es obtener probabilidades de ocurrencia de
escenarios de gran consumo en un futuro cercano, que se
asociarán a inviernos fríos. Por lo tanto, al tomar como base
de datos las temperaturas ocurridas en el pasado para calcu-
lar la probabilidad de ocurrencia de similares casos en el
futuro, es necesario corregir las temperaturas pasadas por el
efecto de calentamiento mostrado en la figura A1. Para ello,
a las temperaturas de años pasados se les suman los incre-
mentos predichos por la tendencia observada en la figura
A1 de 0,025° C/año. De este modo, la base de datos de tem-
peraturas de Buenos Aires de los últimos sesenta años puede
utilizarse para calcular las probabilidades buscadas. Al apli-
car el método descrito en las figuras 2 y 3 a las bases de
datos corregidas, se obtiene una nueva versión extendida en
el tiempo de la figura 5 antes expuesta.
La figura A3 ilustra algunas características importantes a
tener a cuenta en cuanto al consumo de gas. Por un lado,
los inviernos rigurosos (DGI<-4) tienen una probabilidad de
ocurrencia de aproximadamente 20%, es decir, uno en
cinco años. Sin embargo, esto no implica que sistemática-
mente ocurran con esa periodicidad. Entre 1944 y 1968
estos eventos fueron de ocurrencia frecuente, lo mismo que
desde el año 1984 al presente. Sin embargo, entre 1969 y
1983 no ocurrieron inviernos demasiado rigurosos.
Figura A2. Evolución de las temperaturas globales de la tierra como
función del tiempo, tomando como cero la temperatura de 1950. La
pendiente de los últimos cuarenta años indica que la misma crece a
una tasa promedio de 2 a 2,5° C/siglo, casi exactamente igual a la
tendencia observada en la ciudad de Buenos Aires.6-10
Figura A1. Evolución de temperaturas medias de la ciudad de Buenos
Aires en el período 1944 a 2004. En esta figura se muestran las
temperaturas medias anuales y las temperaturas medias invernales. Es
interesante notar que las temperaturas medias se han incrementado a
una tasa promedio de 2,5° C/siglo.6-10
Por último podemos concluir a partir de este análisis que,
tomar como invierno de diseño –es decir, como escenario tér-
mico adecuado para estimar consumos– un año de caracterís-
ticas similares al año 2000, es una actitud prudente y razona-
ble. Si se toma este tipo de escenario como referencia, tendre-
mos un 95% de probabilidad de que nuestras estimaciones no
arrojen valores insuficientes de consumos a futuro.
Figura A3. Evolución de los índices índice_invierno y el DGI para la
región del Gran Buenos Aires durante los años comprendidos entre
1944 y 2004. Los escenarios de riesgo en el abastecimiento los
configuran los casos en que ambos índices resultan negativos, por
ejemplo, los años 1984, 1988, 1992, 1993, 1995 y 2000. Los datos
de DGI tiene un promedio de cero y una desviación estándar de 4,1° C.
Esta figura es una extensión en tiempo de la figura 5, mostrada en el
cuerpo principal de este informe.
.
Salvador Gil obtuvo el título de doctor en Física (Ph. D.) de la
Universidad de Washington, Seattle, Estados Unidos y el de
licenciado en Física de la Universidad de Tucumán, Argentina. Sus
intereses profesionales incluyen la investigación en física
experimental, la docencia universitaria y la industria del gas. Ha sido
investigador del Laboratorio Tandar de la Comisión Nacional de
Energía Atómica, de la Universidad de British Columbia, Canadá, y de
la Universidad de Washington. Es profesor de Física de las
universidades de General San Martín y de Buenos Aires. Actualmente
se desempeña en la gerencia de Distribución del Enargas y desarrolla
modelos de predicción de consumo de gas.
Rubén Ruggero obtuvo el título de ingeniero mecánico en la
Universidad Tecnológica Nacional y el de master en Petróleo y Gas en
la Universidad de Buenos Aires. Se ha desempeñado en la ex Gas del
Estado como gerente de Transporte y Tratamiento, gerente de
Suministros, subgerente comercial y superintendente regional.
También se desempeñó como gerente de Regiones en la
Distribuidora Camuzzi Gas Pampena. En la actualidad, es el gerente
de Distribución del Enargas.
110 I Petrotecnia • agosto, 2005

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  • 1. Introducción L a relación entre consumo de gas natural y tempera- turas es bien conocida.1, 2 En forma intuitiva, podría suponerse que los inviernos con temperaturas más bajas son los de mayor consumo. Sin embargo, el análisis de situaciones reales indica que este no es el caso. Un episo- dio de frío intenso de corta duración, en un contexto de temperaturas moderadas no conduce a gran consumo. Por otra parte, un episodio de frío no tan intenso, pero en un contexto de bajas temperaturas, puede llevar a una situa- ción de gran consumo. De este modo, vemos que un análi- sis de picos de temperaturas no es adecuado para caracteri- zar escenarios térmicos de gran consumo de gas natural por cañerías. Varios estudios realizados recientemente indican que los consumos de gas natural se correlacionan muy bien con un parámetro denominado temperatura efectiva (Tef), que se define como la media aritmética de la temperatura media del día y el promedio de las temperaturas medias de los cuatro días anteriores. Este concepto tiene en cuenta el efecto de los escenarios térmicos preexistentes en los consu- mos de gas natural. Numerosos estudios realizados1, 2 mues- tran que existe una menor dispersión de los datos de con- sumos diarios no interrumpibles si se los grafica como fun- ción de la temperatura efectiva que sí se emplea la tempera- tura media o la deficiencia grado día1 (DGD).3 Los servicios de distribución no interrumpibles son aquellos brindados a los clientes en los que se prevé interrupción, salvo en situa- ción de emergencia o fuerza mayor.4 En particular, los con- sumos residenciales (R) y los brindados a comercios y pequeñas industrias (P) se realizan en esta modalidad.4 Así Petrotecnia • agosto, 2005 98 I Caracterización de los inviernos según su impacto en el consumo de gas natural Por Salvador Gil, L. Pomerantz y R. Ruggero, gerencia de Distribución del Enargas La influencia de la temperatura en el consumo de gas natural para usos residenciales y comerciales es un hecho bien conocido. Sin embargo, a la hora de comparar un escenario de consumo de un año a otro, existen pocos procedimientos que permitan realizar una comparación objetiva y cuantificable. En este trabajo se resumen algunos criterios y algoritmos que permiten caracterizar y cuantificar la severidad de distintos inviernos y su impacto en el consumo de gas natural. Estos estudios complementan los realizados en el pasado y permiten describir el comportamiento del consumo no interrumpible de gas en todo el país.
  • 2. mismo, dichos estudios también ponen de manifiesto una estrecha relación entre los comportamientos de los consumos diarios en función de la temperatura efectiva y los consumos mensuales en función de la tem- peratura media mensual. La figura 1 muestra la variación del con- sumo específico mensual, esto es, el consu- mo por usuario, en función de la tempera- tura media mensual para las componentes R y P. Además, presenta los datos correspon- dientes a todo el país y representa práctica- mente todas las regiones de la República Argentina estudiadas. Por su parte, la varia- ción en el tiempo del número de usuarios R y P para las distintas regiones del país mues- tra una variación suave en el tiempo y con tendencias que permiten proyecciones con- fiables en el corto y mediano plazo.1, 2 La figura 2 ilustra estas tendencias para los usuarios R y P en la Argentina. Además, la figura 1 indica que es posible modelar el consumo diario (promediado mensualmente) como función de la tempe- ratura media mensual, Tmes, por la expresión:1, 2 (1) donde Q0, ƒ, T0 y ∆T son parámetros que se pueden obtener del ajuste de los datos de consumos específicos. La función Tanh denota la tangente hiperbólica. Además, dado que dichos consumos son los valores mensuales, los mismos son fáciles y obtenibles de manera confiable de los datos de fac- turación, para cada uno de los componentes de consumo. La interpretación de este comportamiento para el componente R es simple de comprender. A altas temperaturas, el consumo de gas residencial se reduce básicamente al uso de cocción de alimentos y calentamiento de agua. Estos consumos son poco dependientes de la temperatura. Por esta razón, los datos y el modelo muestran que el consumo de gas a altas temperaturas tiende a un valor constante e independiente de la temperatura. A medida que la temperatura desciende, los usuarios comienzan a encender la calefac- ción en forma progresiva y el consumo comienza a incrementarse de manera monó- tona a medida que disminuye la temperatu- ra. Una vez que toda la calefacción está encendida, disminuciones posteriores de la temperatura dejan de producir incrementos de consumos. Así, de nuevo observamos que el consumo se vuelve prácticamente inde- pendiente de la temperatura y alcanza un valor máximo o de saturación a bajas tempe- raturas efectivas. Un análisis de la expresión teórica (1) indica que para Tmes = T0, Qdiario_prom_mes = Q0 corresponde al punto donde la curva de consumo alcanza su punto de inflexión. Para Tmes << T0, Qdiario_prom_mes = QMáx= Q0(1+f), este valor constituye el consu- mo máximo o de saturación por usuario, es decir, el consumo promedio por usuario cuando toda la calefacción disponible se encuentra encendi- da. Para Tmes=Tcrit 10 °C, Qdiario_prom_mes 0.75.QMáx, y este valor constituye un consumo que se encuentra aproximada- mente a un 75% del consumo máximo. Por lo tanto, esta temperatura –a la que llamaremos temperatura crítica, Tcrit– representa una temperatura característica que indica el inicio de altos consumos de gas en las distintas regiones del país. Como los valores de los parámetros Q0, f, T0 y ∆T de la expresión (1) varían de una región a otra del país, es de esperar que también el valor de Tcrit varíe de una región a otra, ya que según la definición propuesta, esta temperatura se asocia con la ocurrencia de consumos iguales o mayores que 0,75 Qmáx. Sin embargo, se observa que dicha variación es relativamente modesta ( 1° C). Por lo tanto, con el objeto de tener criterio general de validez en todo el país, resulta útil definir Tcrit= 10° C para todo el territorio nacional. Petrotecnia • agosto, 2005 I 99 Figura 1. Variación de los consumos específicos residencial (R), círculos, referidos al eje vertical izquierdo y servicios generales pequeños (P), cuadrados, referidos al eje vertical derecho. Los consumos específicos que se muestran son los consumos diarios (promediados mensualmente) como función de la temperatura media mensual. Las curvas de trazos continuos son las predicciones del modelo descrito por la ecuación (1). Los datos corresponden a todo el país.4 Para temperaturas inferiores a Tcrit = 10° C, estamos en la región de altos consumos. Figura 2. Variación del número de usuarios R (residencial, círculos, referidos al eje vertical izquierdo) y P (servicios generales pequeños, cruces, referidos al eje vertical derecho). Las variaciones suaves de estas curvas permiten proyecciones confiables en medianos plazos, es decir, de uno a dos años.
  • 3. Caracterización de los inviernos Para poder caracterizar y cuantificar los aspectos que resultan más relevantes en la determinación de un invierno de gran consumo, en el cual puedan ocurrir riesgos poten- ciales en el abastecimiento de gas, realizamos las considera- ciones siguientes. Dada una región o ciudad para la cual suponemos conocidas las temperaturas ocurridas en un intervalo de tiempo largo, digamos diez a quince años, podemos calcular las temperaturas medias mensuales. En el apéndice A se discuten las consideraciones nece- sarias para realizar este análisis, si se toma como base un rango de años más extenso. Para evaluar el comporta- miento de un escenario térmico correspondiente a un año dado, resulta útil comparar las temperaturas diarias efectivas con los correspon- dientes promedios mensua- les. En la figura 3 se presenta un ejemplo para la región del Gran Buenos Aires. De la observación de estas figuras, surge de modo natu- ral la idea de cuantificar cuán frío o caluroso resulta un invierno dado, que para nues- tro fin se puede definir opera- cionalmente como el escena- rio térmico que se presentó durante los meses de mayo, junio, julio y agosto. Caracterizamos con el pará- metro índice_invierno, la des- viación promedio de la tem- peratura efectiva respecto de las temperaturas mensuales promedios. Más específica- mente definimos: (2) donde la suma se extiende a todos los días del invierno, es decir, los días entre mayo y agosto. T es la temperatura efectiva para cada día; i, T es la temperatura media mensual para el mes al que corresponde el día en cuestión i. Norm es una constante empírica, elegida de modo tal que en los inviernos más rigurosos el índice_invierno sea del orden de -10. El valor que adoptamos en este estudio es Norm = 40. Según esta definición, el índice_invierno nos indica cuán frío o caluroso resultó un invierno dado relati- vo a los valores promedios históricos, pero no indica nece- Petrotecnia • agosto, 2005 100 I Figura 4. Comparación de las temperaturas diarias efectivas realmente ocurridas y los promedios mensuales, similar a la figura 3, para el año 2003 en el Gran Buenos Aires. Figura 3. Comparación de las temperaturas diarias efectivas realmente ocurridas, con los promedios mensuales, para el año 2000 en el Gran Buenos Aires. La curva de trazos continuos representa la evolución de la temperatura efectiva diaria. La línea de trazos horizontales rectilíneos (azul) corresponde a la temperatura media mensual. La línea horizontal lila representa la temperatura crítica, Tcrit. El área sombreada entre la curva de las temperaturas efectivas diarias y Tcrit, da una idea de situaciones de gran consumo de gas. El parámetro deficiencia grado invierno (DGI), definida en el texto, es proporcional al área sombreada y brinda la medida de la rigurosidad y persistencia en el tiempo de escenarios de elevado consumo de gas.
  • 4. Petrotecnia • agosto, 2005 102 I sariamente si en un invierno dado se produjeron escenarios de gran consumo. Por ejemplo, en un intervalo de tiempo pudo haber ocurrido oscilación térmica alrededor de cierta temperatura media. En este caso, el índice_invierno tendría igual valor independientemente de la amplitud de dicha oscilación. Sin embargo, es claro que a mayor amplitud de oscilación, las temperaturas mínimas serán menores y, en consecuencia, conducirán a mayores picos de consumos. Para evaluar y cuantificar estos escenarios de gran consu- mo en un invierno, resulta útil introducir un nuevo pará- metro, que indique su rigurosidad. Es claro que el área comprendida entre la curva de temperatura efectiva diaria y la de temperatura crítica, representada por el área sombrea- da de las figuras 3 y 4, nos da una idea de ocurrencia y per- sistencia en el tiempo de escenarios de gran consumo de gas, es decir, cuando el consumo supera el 75% del consu- mo máximo o de saturación en una región. (3) Como que este área (Área_inv) siempre tiene un mismo signo y con el objeto de tener una escala de comparación simple, introducimos la definición de deficiencia grado invierno (DGI), como un parámetro proporcional a dicha área sombreada pero renormalizada de modo que los años con inviernos promedios tengan DGI = 0. Más específica- mente definimos: (4) donde <Área_inv> representa el valor medio de dicha área para una serie de varios años en la región en estudio. El fac- tor 4 en el denominador se elige de modo tal que para los años más rigurosos el valor de DGI -10 (año 1984 para el Gran Buenos Aires). Así, si el valor de DGI es cercano a -10, significa que en el invierno en cuestión ocurrieron varios días consecutivos con temperaturas más bajas que Tcrit y los consumos permanecieron altos por tiempos prologados. Los escenarios térmicos más críticos desde el punto de vista del consumo de gas natural corresponden a aquellos donde coinciden valores grandes y negativos de ambos índices: el índice_inv y el DGI. Los valores de ambos índices cercanos a -10 indican que en este caso se tendrá un consu- mo elevado y persistente, en un contexto de temperaturas inferiores a los valores promedios. Estos son los escenarios térmicos de mayor exigencia para los sistemas que permi- ten el abastecimiento de gas natural por cañerías. La figura 6 muestra una correlación de los valores de consumos máximos anuales (invernales) de los componen- tes R y P en función del parámetro DGI para la misma zona. Los consumos R y P se corrigieron para tener en
  • 5. Petrotecnia • agosto, 2005 104 I cuenta la variación en el número de usuarios que ocurrió en estos años. Esta región del Gran Buenos Aires la abastece Metrogas y Gas Natural Ban y los datos aquí expuestos, para los años compren- didos entre 1997 y 2004, los administraron dichas distribuido- ras. Esta figura indica una correla- ción clara y notoria entre los con- sumos diarios máximos y el pará- metro DGI, que confirma la hipó- tesis central de este trabajo, es decir, la utilidad del índice DGI para caracterizar los escenarios de gran consumo de gas. Además, esta figura señala que los menores valores de DGI corresponden a inviernos con elevado consumo de gas y viceversa. Un análisis de los resultados mostrados en la figura 5 indican que, escenarios de gran consumo, comparables a los ocurridos en el año 2000, tienen una probabili- dad de ocurrencia de cinco veces en veintiséis años, es decir, apro- ximadamente el 23%; mientras que escenarios de moderado con- sumo invernal, similares a los de Figura 5. Evolución de los índices índi- ce_invierno y el DGI para la región de Gran Buenos Aires durante los años com- prendidos entre 1978 y 2004. Los esce- narios de riesgo en el abastecimiento los configuran los casos en que ambos índi- ces resultan negativos, por ejemplo, los años 1984, 1988, 1992, 1993, 1995 y 2000.
  • 6. Petrotecnia • agosto, 2005 106 I los años 2001 y 2002, tienen una probabilidad de ocurren- cia del 54%. En este mismo contexto, los escenarios de inviernos cálidos, similares a los del año 2004, tienen una incidencia del 23%, cinco veces en veintiséis años. Estas últimas estimaciones de probabilidades de ocurrencia de distintos escenarios térmicos tienen una incertidumbre del orden del 5%. Conclusiones Los formalismos desarrollados nos permiten caracterizar y comparar los distintos escenarios térmicos ocurridos en los períodos invernales, de acuerdo a su impacto en el con- sumo de gas natural. Una forma de identificar escenarios de alto consumo de gas consiste en analizar no sólo cómo se comporta la temperatura efectiva respecto de los promedios mensuales –que en nuestro estudio la indica el parámetro índice_inv (índice invierno)– sino también el comporta- miento de la deficiencia grado invierno (DGI), que nos indica la severidad de un determinado invierno. Como vimos, este parámetro brinda la medida de la magnitud y duración en tiempo en que la temperatura efectiva descien- de por debajo de la temperatura crítica (Tcrít = 10° C). Estos escenarios térmicos se asocian a situaciones en que el con- sumo supera aproximadamente el 75% del consumo máxi- mo o de saturación. Una conclusión importante de este estudio consiste en que la ocurrencia de situaciones de alto consumo, como las registradas en la Argentina en el año 2000, no son excepcionales sino que tienen una probabili- dad de ocurrencia de cinco veces en veintiséis años (proba- bilidad del orden de 23%). Estos escenarios de consumos son los que designaremos como inviernos rigurosos. Por lo tanto, es adecuado tomar este tipo de escenario térmico como un típico año de alto consumo. Por su parte, los esce- narios térmicos similares a los años 2002 y 2003 son repre- sentativos de inviernos moderados, los más frecuentes, con una probabilidad de ocurrencia de catorce veces en veinti- séis años, es decir, una probabilidad del orden del 54%. Estos escenarios de consumos son los que designaremos como inviernos normales. Por último, estas situaciones tér- micas –como las ocurridas en Buenos Aires en el año 2004– constituyen escenarios térmicos cálidos cuya probabilidad de ocurrencia es del orden del 23%. Las opiniones y los puntos de vista aquí vertidos son responsabilidad exclusiva de los autores. Deseamos agradecer a la doctora A. Schwinty y al ingeniero L. Duperon por la atenta lectura del manuscrito y sus valiosas sugerencias. Referencias 1 Gil, S. et al., “Modelo generalizado de predicción de consumos de gas natural a mediano y corto plazo I”, en Gas & Gas, Año IV, Nº 48, 2002, pp. 24-30 y Año IV, Nº 49, 2002. 2 Gil, S. et al., “Generalized Model of Prediction of Natural Gas Consumption”, en Journal of Energy Resources Technology, Vol. 126, The American Association of Mechanical Engineers (ASME International), junio de 2004, p. 90. 3 Gil, S. et al., “Modelo de predicción de consumo de gas natural en la República Argentina”, en Petrotecnia, Año XL, N° 3, Sup. Tecn. 1,1, junio de 1999. 4 Marco regulatorio del gas, ley 24.076 de la Nación argentina, en www.enargas.gov.ar. 5 “Climate”, en http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/cli- mate.html. 6 Barros, V. y Camilloni, I., “Urban-Biased Trend in Buenos Aires’ mean Temperature”, en Climate Research, Vol. 4, Nº 33, 1995. 7 “Urban Heat Island Effect”, en http://www.epa.gov/heatisland/, Estados Unidos, EPA. 8 “A Paradox in the Notion of Human-Made Global Warming”, en Scientific American, Nº 42, marzo de 2004, www.sciam.com. 9 “Fingerprints of Global Warming on Wild Animals and Plants, A Globally Coherent Fingerprint of Climate Change Impacts Across Natural Systems”, en Nature, Vol. 421, enero de 2003, pp. 37-42, 57-60. 10 Thomas et al., “Melting Ice Caps”, en Science, Nº 306, 8 de octubre de 2004, pp. 255-258. 11 Camilloni, I. y Barros, V., “On the Urban Heat Island Effect Dependence on Temperature Trends”, en Climatic Change, Nº 37, 1997, pp. 665-681. Figura 6. Valores de consumos máximos o de pico para los componentes R y P como función del parámetro DGI. Los datos ilustrados en esta figura corresponden a los consumos de los años 1997 a 2004, corregidos por variación en el número de usuarios, para la región del Gran Buenos Aires abastecida por las distribuidoras Metrogas y Gas Natural Ban.
  • 7. Petrotecnia • agosto, 2005 108 I Apéndice A Análisis de la evolución de los escenarios térmicos en el Gran Buenos Aires de 1944 a 2005 Por lo general, las zonas urbanas tienen una temperatura mayor (de unos pocos grados centígrados) que las zonas rurales aledañas. Este fenómeno se conoce como efecto de calentamiento isla urbano (urban heat islands effect, UHI).5, 6, 7 Así, al extenderse las áreas urbanas este efecto se acentúa y, en consecuencia, las temperaturas urbanas muestran una tendencia a incrementarse. Este comportamiento de la tem- peratura es consecuencia del reemplazo de grandes exten- siones de terreno cubierto por vegetación natural, por cons- trucciones, pavimento, etc. El cemento, el pavimento y otros materiales de construcción, impiden o inhiben el enfriamiento por evaporación y, además, presentan coefi- cientes de absorción de la radiación solar mayores que las áreas cubiertas por vegetación natural. El efecto UHI no debe de confundirse con el de calentamiento global, que es consecuencia del incremento de gases de invernadero –en general, dióxido de carbono y metano– en la atmósfera y quizá también de variaciones en la actividad solar, con con- secuencias que afectan a toda la Tierra. El calentamiento global fue de una fracción de grados por siglo durante la primera mitad del siglo xx y el incremento de la temperatu- ra global creció de manera notable en los últimos 35 años a unos 2,5° C/siglo (véase figura A2).6-10 La figura A1 muestra la variación de la temperatura media anual e invernal para la ciudad de Buenos Aires. Una característica conspicua de estos datos es el incremento monótono que muestran en el tiempo, con una tasa de cre- cimiento de aproximadamente 2,5° C/siglo, para ambos conjuntos de datos mostrados en la figura A1. Es interesante notar que esta variación de temperatura, que en principio tendría contribución tanto del efecto de calentamiento isla urbano como de calentamiento global, tiene una tasa de crecimiento que coincide casi en forma exacta con los incrementos de temperaturas globales obser- vados en los últimos cuarenta años (véase figura A2). Esta tendencia también se observa en registros tomados en otras zonas aledañas a la ciudad de Buenos Aires,6 e indica que este calentamiento en la ciudad y en las zonas aledañas copian la tendencia global. Otros estudios5 indicarían que el efecto UHI se ha mantenido estable en la ciudad de Buenos Aires en aproximadamente 1 a 1,5° C desde el año 1960. Estas observaciones sugieren que el calentamiento monóto- no de la ciudad de Buenos Aires sería consecuencia princi- palmente de la tendencia de calentamiento global. Desde el punto de vista de la industria del gas natural, lo que buscamos es obtener probabilidades de ocurrencia de escenarios de gran consumo en un futuro cercano, que se asociarán a inviernos fríos. Por lo tanto, al tomar como base de datos las temperaturas ocurridas en el pasado para calcu- lar la probabilidad de ocurrencia de similares casos en el futuro, es necesario corregir las temperaturas pasadas por el efecto de calentamiento mostrado en la figura A1. Para ello, a las temperaturas de años pasados se les suman los incre- mentos predichos por la tendencia observada en la figura A1 de 0,025° C/año. De este modo, la base de datos de tem- peraturas de Buenos Aires de los últimos sesenta años puede utilizarse para calcular las probabilidades buscadas. Al apli- car el método descrito en las figuras 2 y 3 a las bases de datos corregidas, se obtiene una nueva versión extendida en el tiempo de la figura 5 antes expuesta. La figura A3 ilustra algunas características importantes a tener a cuenta en cuanto al consumo de gas. Por un lado, los inviernos rigurosos (DGI<-4) tienen una probabilidad de ocurrencia de aproximadamente 20%, es decir, uno en cinco años. Sin embargo, esto no implica que sistemática- mente ocurran con esa periodicidad. Entre 1944 y 1968 estos eventos fueron de ocurrencia frecuente, lo mismo que desde el año 1984 al presente. Sin embargo, entre 1969 y 1983 no ocurrieron inviernos demasiado rigurosos. Figura A2. Evolución de las temperaturas globales de la tierra como función del tiempo, tomando como cero la temperatura de 1950. La pendiente de los últimos cuarenta años indica que la misma crece a una tasa promedio de 2 a 2,5° C/siglo, casi exactamente igual a la tendencia observada en la ciudad de Buenos Aires.6-10 Figura A1. Evolución de temperaturas medias de la ciudad de Buenos Aires en el período 1944 a 2004. En esta figura se muestran las temperaturas medias anuales y las temperaturas medias invernales. Es interesante notar que las temperaturas medias se han incrementado a una tasa promedio de 2,5° C/siglo.6-10
  • 8. Por último podemos concluir a partir de este análisis que, tomar como invierno de diseño –es decir, como escenario tér- mico adecuado para estimar consumos– un año de caracterís- ticas similares al año 2000, es una actitud prudente y razona- ble. Si se toma este tipo de escenario como referencia, tendre- mos un 95% de probabilidad de que nuestras estimaciones no arrojen valores insuficientes de consumos a futuro. Figura A3. Evolución de los índices índice_invierno y el DGI para la región del Gran Buenos Aires durante los años comprendidos entre 1944 y 2004. Los escenarios de riesgo en el abastecimiento los configuran los casos en que ambos índices resultan negativos, por ejemplo, los años 1984, 1988, 1992, 1993, 1995 y 2000. Los datos de DGI tiene un promedio de cero y una desviación estándar de 4,1° C. Esta figura es una extensión en tiempo de la figura 5, mostrada en el cuerpo principal de este informe. . Salvador Gil obtuvo el título de doctor en Física (Ph. D.) de la Universidad de Washington, Seattle, Estados Unidos y el de licenciado en Física de la Universidad de Tucumán, Argentina. Sus intereses profesionales incluyen la investigación en física experimental, la docencia universitaria y la industria del gas. Ha sido investigador del Laboratorio Tandar de la Comisión Nacional de Energía Atómica, de la Universidad de British Columbia, Canadá, y de la Universidad de Washington. Es profesor de Física de las universidades de General San Martín y de Buenos Aires. Actualmente se desempeña en la gerencia de Distribución del Enargas y desarrolla modelos de predicción de consumo de gas. Rubén Ruggero obtuvo el título de ingeniero mecánico en la Universidad Tecnológica Nacional y el de master en Petróleo y Gas en la Universidad de Buenos Aires. Se ha desempeñado en la ex Gas del Estado como gerente de Transporte y Tratamiento, gerente de Suministros, subgerente comercial y superintendente regional. También se desempeñó como gerente de Regiones en la Distribuidora Camuzzi Gas Pampena. En la actualidad, es el gerente de Distribución del Enargas. 110 I Petrotecnia • agosto, 2005